CN110450991B - 微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，所述微纳卫星集群包括一个母星平台、若干个视星构成的视星子群、若干个工星构成的工星子群；微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法包括以下步骤：母星平台将整个集群运送到非合作目标附近；视星子群为非合作目标捕获过程提供三维场景态势分析，并为工星子群提供相对位姿导航信息；工星子群执行非合作目标捕获任务，多个工星逼近并从不同方位附着到非合作目标表面上，通过姿轨协同控制实现对非合作目标的姿态消旋和轨道控制接管。以该任务设计方法给出的任务流程，能够确保微纳卫星集群执行非合作目标捕获的安全性和可靠性，具有任务执行逻辑清晰的优点。

Description

微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法。

背景技术

空间非合作目标是指空间碎片、失效航天器等对象，因占据空间轨道资源且对正常航天器有碰撞威胁而备受关注。目前，各国航天机构及科研人员均提出了不同的非合作目标捕获方案。采用微纳卫星集群进行空间非合作目标捕获是一种全新的在轨任务类型，相比以往的非合作目标捕获方案具有成本低、结构简单、可靠性高、可重复使用等诸多优势。基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统包含母星、工星子群和视星子群三大部分。其中，母星是一颗质量和尺寸均较大的功能完整的航天器，具备自主导航、轨道控制、姿态控制、星间无线通信、高性能星载计算等能力。工星子群包含两个以上的工星，其中工星是一种基于立方体卫星技术研制的微纳卫星，具备较强的轨道控制和姿态控制能力，同时携带星间无线通信模块，主要执行在轨非合作目标围捕与接管控制等任务。视星子群包含两个以上的视星，其中视星也是一种基于立方体卫星技术研制的微纳卫星，具备较弱的轨道控制和姿态控制能力，同时携带星间无线通信模块和高性能光学成像相机，主要执行在轨非合作目标的抵近观测与三维成像、非合作目标与工星之间的相对状态测量等任务。基于微纳卫星集群的空间非合作目标捕获系统在具体完成非合作目标捕获过程中，需要母星、工星子群和视星子群的协同与配合。其中，母星在整个任务过程中负责信息处理与控制指令生成，视星子群负责获取高质量的多个体相对状态测量，工星子群负责对非合作目标的围捕、附着与控制。由于三类卫星的能力、功能均不同，且彼此之间的任务相互耦合、互为因果，因此构成一种多个体异构集群。对这样一种集群协同任务，如何设计合理的任务流程，确保采用微纳卫星集群能够顺利完成空间非合作目标的捕获是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法。该方法采用微纳卫星集群能够顺利完成空间非合作目标的捕获，提高了整个抓捕的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，所述微纳卫星集群包括一个母星平台、若干个视星构成的视星子群、若干个工星构成的工星子群；微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法包括以下步骤：

母星平台将整个集群运送到非合作目标附近；

视星子群为非合作目标捕获过程提供三维场景态势分析，并为工星子群提供相对位姿导航信息；

工星子群执行非合作目标捕获任务，分为集群自然巡游阶段、集群捕获任务阶段和集群安全撤离阶段；多个工星逼近并从不同方位附着到非合作目标表面上，通过姿轨协同控制实现对非合作目标的姿态消旋和轨道控制接管。

所述自然巡游阶段是指母星平台搭载若干工星和若干视星，在入轨后的设定轨道上自由飞行；

所述集群执行任务阶段包括集群逼近目标阶段、捕获任务评估阶段、捕获任务规划阶段及捕获任务执行阶段；

所述集群逼近目标阶段包括集群远程机动阶段、集群近距调整阶段及集群精确逼近阶段。

所述集群逼近目标阶段具体包括：

母星搭载所有微纳卫星从d_max距离处机动至目标附近d₁距离处，在此期间通过微波雷达进行远程交会导引；

母星搭载所有工星和视星从d₁距离处机动至目标同轨道后方d₂距离处，在此期间通过激光雷达进行近程交会导引；

母星搭载所有微纳卫星从d₂距离处机动至目标同轨道后方d₃距离处，在此期间通过视觉导航进行近距离交会导引。

所述捕获任务评估阶段包括两个子阶段：悬停初步评估阶段和绕飞精细评估阶段；

所述悬停初步评估包括：

D211，母星携带微纳卫星集群在位于目标后方距离d₄处进行悬停保持；

D212，母星星载计算机通过对激光雷达和视觉成像数据的联合处理获取非合作目标的姿态、轨道参数，同时初步估计非合作目标的形状及尺寸参数；

D213，根据目标姿轨数据、形状及尺寸数据，评估需要投入的工星数量n_req；若n_req远远大于捕获系统中工星的总数量n_max，则放弃此次任务；否则进入绕飞精细评估阶段；

所述绕飞精细评估包括：

D221，母星采用弹射机构先后释放视星m₁颗，并使其自由漂浮至距离目标d₅处；各视星根据母星计算得到的绕飞初始相对状态，通过自身携带的轨道控制单元，精细调整自身状态并进入d₅半径的绕飞周期相对运动轨迹中；

D222，各视星通过自身姿态控制单元调整姿态，以使携带的视觉相机对准目标，并对后者进行连续成像，同时将目标三维图像传回母星平台；

D223，母星的高性能计算机对各视星获得的目标三维图像数据进行处理和联合解算，获得非合作目标精确的姿态、角速度、表面三维模型及部件分布情况，同时结合先验信息对非合作目标的质量及转动惯量进行估计。

所述捕获任务规划阶段包括：

D31，根据绕飞精细评估结果，母星计算得到需要派出的工星数量n₂，结合视星子群的轨道分布情况，指派每个视星所负责的观测区域和观测对象；

D32，根据绕飞精细评估结果所得到的目标三维表面分布情况以及拟派出的工星姿轨控能力，母星计算得到目标表面的最优附着部位优化结果；

D33，根据最优附着部位结果、工星数量以及视星子群的轨道分布情况，母星计算得到工星子群从母星平台到达附着部位的相对飞行轨道。

所述捕获任务执行阶段包括四个子阶段：

D41，视星子群在环绕目标的轨道上调整姿态，使得视觉相机的视角能够覆盖工星子群的迁移空间，并实时测量指定的工星相对目标的位置和姿态；视星子群将测量信息实时发送给母星或工星，由母星或工星进行局部相对轨道调整，避免工星与工星或工星与目标之间的碰撞；工星子群按照母星规划出的集群迁移相对飞行轨道以及星间协同控制的反馈控制，实现从母星平台迁移到目标表面待定附着点附近；

D42，各工星通过姿轨协同控制同步到达各自的附着点并将其表面的一面附着于非合作目标；通过视觉子群的观测结果反馈调整自身姿态轨道，以确保能够在附着点与非合作目标同步自旋；

D43，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，通过两两之间形成的力偶产生控制非合作目标的合力矩，并使合力矩沿着非合作目标自旋的反方向，从而使后者的旋转慢慢减速到零；

D44，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，并使合力方向沿着需要改变非合作目标轨道的期望方向，从而实现对非合作目标轨道的接管；进一步通过时间的累积，使得非合作目标受到的连续力达到等效的脉冲速度增量，实现向特定轨道的飞行。

所述集群安全撤离阶段包括：

R1完成情况评估：视星子群通过观测非合作目标的飞行轨道，并将结果反馈母星，由母星计算得到非合作目标的飞行轨道；若飞行轨道的轨道根数达到事先设定的值，则认为捕获任务完成；否则认为任务失败；

R2工星子群回收：视星的观测和母星的实时计算下，工星逐一返回母星平台的过程；

R3视星子群回收：视星在母星观测和导引下逐一返回母星平台的过程；

R4母星平台撤离：母星携带所有微纳卫星撤离捕获现场，重新返回自然巡游状态的过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的抓捕方法通过多个工星逼近并从不同方位附着到非合作目标表面上，通过姿轨协同控制实现对非合作目标的姿态消旋和轨道控制接管。有效的对空间非合作对象实施抓捕，以该任务设计方法给出的任务流程，能够确保微纳卫星集群执行非合作目标捕获的安全性和可靠性，具有任务执行逻辑清晰的优点。

进一步，本发明采用分层的任务流程模式，同层之间具有平等关系，上层与下层之间具有逻辑清楚的优点。本任务流程也可在适当改进的情况下适用于其它基于微纳航天器集群完成的各种空间操作任务。

附图说明：

图1是本发明的集群捕获空间非合作目标的任务总流程；

图2是本发明的集群逼近目标阶段的具体流程；

图3是本发明的捕获任务评估阶段的具体流程；

图4是本发明的捕获任务规划阶段的具体流程；

图5是本发明的捕获任务执行阶段的具体流程；

图6是本发明的集群安全撤离阶段的具体流程。

具体实施方式：

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图6所示，本发明提供一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，其中，所述微纳卫星集群由一个母星平台、若干个微纳卫星构成的视星子群、若干个微纳卫星构成的工星子群构成。

所述母星平台用于将整个集群运送到非合作目标附近一定距离处。

所述视星子群用于为非合作目标捕获过程提供高精度的三维场景态势分析，并为工星子群提供精确的相对位姿导航信息。

所述工星子群用于执行非合作目标捕获任务，具体捕获方式为多个工星逼近并从不同方位附着到非合作目标表面上，通过姿轨协同控制实现对非合作目标的姿态消旋和轨道控制接管。

当需要微纳卫星集群捕获空间非合作目标时，预建立微纳卫星集群的任务阶段以及各阶段的子任务类型；使用预给定的任务阶段和子任务类型，确定子任务执行的顺序或终止子任务的条件。

其中，所述微纳卫星集群捕获非合作目标的抓捕方法为三个阶段，分别为集群自然巡游阶段N、集群捕获任务阶段D、集群安全撤离阶段R。

所述自然巡游阶段是指，母星平台搭载n_max个工星和m_max个视星，在入轨后的设定轨道上自由飞行，距离非合作目标d_max距离以上，等待地面站的任务指令。d_max通常为100km以上。

所述集群执行任务阶段，可设计为如下四个子阶段，分别为集群逼近目标阶段D1、捕获任务评估阶段D2、捕获任务规划阶段D3、捕获任务执行阶段D4。

如图2所示，所述集群逼近目标阶段，可设计为如下三个子阶段，分别为集群远程机动阶段D11、集群近距调整阶段D12、集群精确逼近阶段D13。

所述集群远程机动是指，母星搭载所有微纳卫星从d_max距离处机动至目标附近d₁距离处，在此期间通过微波雷达进行远程交会导引。d₁根据微波雷达的性能不同其具体取值有所不同，通常在10km～20km之间。

所述集群近程调整是指，母星搭载所有微纳卫星从d₁距离处机动至目标同轨道后方d₂距离处，在此期间通过激光雷达进行近程交会导引。d₂根据激光雷达的性能不同其具体取值有所不同，通常在100m～1000m之间。

所述集群精确逼近是指，母星搭载所有微纳卫星从d₂距离处机动至目标同轨道后方d₃距离处，在此期间通过视觉导航进行近距离交会导引。d₃根据目标特性不同其具体取值有所不同，通常在10m～100m之间。

如图3所示，所述捕获任务评估阶段，可设计为如下两个子阶段，分别为悬停初步评估阶段D21、绕飞精细评估阶段D22。

所述悬停初步评估包括三个步骤，分别为母星悬停状态建立阶段D211、目标姿轨参数确定阶段D212和捕获能力需求评估阶段D213。

D211，母星携带微纳卫星集群在位于目标后方距离d₄处进行悬停保持。其中d₄通常为10m～30m之间。

D212，母星星载计算机通过对激光雷达和视觉成像数据的联合处理获取非合作目标的姿态、轨道参数，同时初步估计非合作目标的形状及尺寸参数。

D213，根据目标姿轨数据、形状及尺寸数据，评估需要投入的工星数量n_req。若n_req远远大于捕获系统中工星的总数量n_max，则放弃此次任务；否则进入绕飞精细评估阶段。

所述绕飞精细评估包括三个步骤，分别为视星绕飞编队构建阶段D221、目标三维模型测量阶段D222、目标三维模型计算阶段D223。

D221，母星采用弹射机构先后释放视星m₁颗，并使其自由漂浮至距离目标d₅处。d₅通常为5m～10m。各视星根据母星计算得到的绕飞初始相对状态，通过自身携带的轨道控制单元，精细调整自身状态并进入d₅半径的绕飞周期相对运动轨迹中。各视星之间的相对运动不发生碰撞。

D222，各视星通过自身姿态控制单元调整姿态，以使携带的视觉相机对准目标，并对后者进行连续成像，同时将目标三维图像传回母星平台。

D223，母星的高性能计算机对各视星获得的目标三维图像数据进行处理和联合解算，获得非合作目标精确的姿态、角速度、表面三维模型及部件分布情况，同时结合先验信息对非合作目标的质量及转动惯量等参数进行估计。

如图4所示，所述捕获任务规划阶段，可设计为如下三个子阶段，分别为捕获任务角色指派阶段D31、目标附着部位优化阶段D32、集群捕获轨道规划阶段D33。

D31，根据绕飞精细评估结果，母星计算得到需要派出的工星数量n₂，结合视星子群的轨道分布情况，指派每个视星所负责的观测区域和观测对象。

D32，根据绕飞精细评估结果所得到的目标三维表面分布情况以及拟派出的工星姿轨控能力，母星计算得到目标表面的最优附着部位优化结果。

D33，根据最优附着部位结果、工星数量以及视星子群的轨道分布情况，母星计算得到工星子群从母星平台到达附着部位的相对飞行轨道。

如图5所示，所述捕获任务执行阶段，可设计为如下四个子阶段，分别为工星子群协同迁移阶段D41、工星子群附着自稳定阶段D42、工星子群协同姿态消旋阶段D43、工星子群协同轨道控制阶段D44。

D41，视星子群在环绕目标的轨道上调整姿态，使得视觉相机的视角能够覆盖工星子群的迁移空间，并实时测量指定的工星相对目标的位置和姿态；视星子群将测量信息实时发送给母星或工星，由母星或工星进行局部相对轨道调整，避免工星与工星或工星与目标之间的碰撞；工星子群按照母星规划出的集群迁移相对飞行轨道以及星间协同控制的反馈控制，实现从母星平台迁移到目标表面待定附着点附近。

D42，各工星通过姿轨协同控制同步到达各自的附着点并将其表面的一面附着于非合作目标；通过视觉子群的观测结果反馈调整自身姿态轨道，以确保能够在附着点与非合作目标同步自旋。

D43，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，通过两两之间形成的力偶产生控制非合作目标的合力矩，并使合力矩沿着非合作目标自旋的反方向，从而使后者的旋转慢慢减速到零。

D44，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，并使合力方向沿着需要改变非合作目标轨道的期望方向，从而实现对非合作目标轨道的接管；进一步通过时间的累积，使得非合作目标受到的连续力达到等效的脉冲速度增量，实现向特定轨道的飞行。

如图6所示，所述集群安全撤离阶段，可设计为如下四个子阶段，分别是：完成情况评估阶段R1、工星子群回收阶段R2、视星子群回收阶段R3、母星平台撤离阶段R4。

所述完成情况评估，是指视星子群通过观测非合作目标的飞行轨道，并将结果反馈母星，由母星计算得到非合作目标的飞行轨道；若飞行轨道的轨道根数达到事先设定的值，则认为捕获任务完成；否则认为任务失败。

所述工星子群回收，是指在视星的观测和母星的实时计算下，工星逐一返回母星平台的过程。

所述视星子群回收，是指视星在母星观测和导引下逐一返回母星平台的过程。

所述母星平台撤离，是指母星携带所有微纳卫星撤离捕获现场，重新返回自然巡游状态的过程。

下面列举一个具体实施例，用于解释本发明的具体内容。

实施例

假设一个微纳卫星集群包括1个母星、30颗工星、10颗视星；准备对1颗失效航天器进行集群捕获。

所述微纳卫星集群捕获失效航天器的具体任务流程设计为三个阶段，分别为集群自然巡游阶段N、集群捕获任务阶段D、集群安全撤离阶段R，如图1所示。

所述自然巡游阶段是指，母星平台搭载30颗工星和10颗视星，在入轨后的设定轨道上自由飞行，距离非合作目标120km距离，等待地面站的任务指令。

所述集群执行任务阶段，可设计为如下三个子阶段，分别为集群逼近目标阶段D1、捕获任务评估阶段D2、捕获任务规划阶段D3、捕获任务执行阶段D4，如图1左半部分所示。

所述集群逼近目标阶段，可设计为如下三个子阶段，分别为集群远程机动阶段D11、集群近距调整阶段(D12)、集群精确逼近阶段(D13)，如图2所示。

所述集群远程机动是指，母星搭载所有微纳卫星从120km距离处机动至目标附近10km距离处，在此期间通过微波雷达进行远程交会导引。

所述集群近程调整是指，母星搭载所有微纳卫星从10km距离处机动至目标同轨道后方1km距离处，在此期间通过激光雷达进行近程交会导引。

所述集群精确逼近是指，母星搭载所有微纳卫星从1km距离处机动至目标同轨道后方20m距离处，在此期间通过视觉导航进行近距离交会导引。

所述捕获任务评估阶段，可设计为如下两个子阶段，分别为悬停初步评估D21、绕飞精细评估D22，如图3所示。

所述悬停初步评估包括三个步骤，分别为母星悬停状态建立阶段D211、目标模型参数确定阶段D212和捕获能力需求评估阶段D213，如图3左半部分所示。

D211，母星携带微纳卫星集群在位于目标后方距离20m处进行悬停保持。

D212，母星星载计算机通过对激光雷达和视觉成像数据的联合处理获取非合作目标的姿态参数和轨道根数，同时初步估计非合作目标的形状及尺寸参数。

D213，根据目标的姿轨数据、形状及尺寸数据，评估需要投入的工星数量为20颗。由于20颗小于捕获系统中工星的总数量30颗，因此进入绕飞精细评估阶段。

所述绕飞精细评估包括三个步骤，分别为视星绕飞编队构建阶段D221、目标三维模型测量阶段D222、目标三维模型计算阶段D223，如图3右半部分所示。

D221，母星采用弹射机构先后释放视星8颗，并使其自由漂浮至距离目标5m处。各视星根据母星计算得到的绕飞初始相对状态，通过自身携带的轨道控制单元，精细调整自身状态并进入5m半径的绕飞周期相对运动轨迹中。各视星之间的相对运动不发生碰撞。

D222，各视星通过自身姿态控制单元调整姿态，以使携带的视觉相机对准目标，并对后者进行连续成像，同时将三维图像传回母星平台。

D223，母星的高性能计算机对数据进行处理和联合解算，获得非合作目标的精确姿态、角速度、表面三维模型及部件分布情况，同时结合先验信息对非合作目标的质量及转动惯量等参数进行初步估计。

所述捕获任务规划阶段，可设计为如下三个子阶段，分别为任务角色指派D31、目标附着部位优化D32、集群轨道规划D33，如图4所示。

D31，根据绕飞精细评估结果，母星计算得到需要派出的工星数量n₂，结合视星子群的轨道分布情况，指派每个视星所负责的观测区域和观测对象。

D32，根据绕飞精细评估结果所得到的目标三维表面分布情况以及拟派出的工星姿轨控能力，母星计算得到目标表面的最优附着部位优化结果。

D33，根据最优附着部位结果、工星数量以及视星子群的分布轨道，母星计算得到工星子群从母星平台到达附着部位的相对飞行轨道。

所述捕获任务执行阶段，可设计为如下四个子阶段，分别为工星子群协同迁移阶段D41、工星子群附着自稳定阶段D42、工星子群协同姿态消旋阶段D43、工星子群协同轨道控制阶段D44，如图5所示。

D41，视星子群在环绕目标的轨道上调整姿态，使得视觉相机的视角能够覆盖工星子群的迁移空间，并实时测量指定的工星相对目标的位置和姿态；视星子群将测量信息实时发送给母星或工星，由母星或工星进行局部相对轨道调整，避免工星与工星或工星与目标之间的碰撞；工星子群按照母星规划出的集群迁移相对飞行轨道以及星间协同控制的反馈控制，实现从母星平台迁移到目标表面待定附着点附近。

D42，各工星通过姿轨协同控制同步到达各自的附着点并将其表面的一面附着于非合作目标；通过视觉子群的观测结果反馈调整自身姿态轨道，以确保能够在附着点与非合作目标同步自旋。

D43，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，通过两两之间形成的力偶产生控制非合作目标的合力矩，并使合力矩沿着非合作目标自旋的反方向，从而使后者的旋转慢慢减速到零。

D44，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，并使合力方向沿着需要改变非合作目标轨道的期望方向，从而实现对非合作目标轨道的接管；进一步通过时间的累积，使得非合作目标受到的连续力达到等效的脉冲速度增量，实现向特定轨道的飞行。

所述集群安全撤离阶段，可设计为如下四个子阶段，分别是：完成情况评估阶段R1、工星子群回收阶段R2、视星子群回收阶段R3、母星平台撤离阶段R4，如图6所示。

所述完成情况评估，是指视星子群通过观测非合作目标的飞行轨道，并将结果反馈母星，由母星计算得到非合作目标的飞行轨道；若飞行轨道的轨道根数达到事先设定的值，则认为捕获任务完成；否则认为任务失败。

所述工星子群回收，是指在视星的观测和母星的实时计算下，工星逐一返回母星平台的过程。

所述视星子群回收，是指视星在母星观测和导引下逐一返回母星平台的过程。

所述母星平台撤离，是指母星携带所有微纳卫星撤离捕获现场，重新返回自然巡游状态的过程。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，其特征在于，所述微纳卫星集群包括一个母星平台、若干个视星构成的视星子群、若干个工星构成的工星子群；微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法包括以下步骤：

母星平台将整个集群运送到非合作目标附近；

视星子群为非合作目标捕获过程提供三维场景态势分析，并为工星子群提供相对位姿导航信息；

工星子群执行非合作目标捕获任务，分为集群自然巡游阶段N、集群捕获任务阶段D和集群安全撤离阶段R；多个工星逼近并从不同方位附着到非合作目标表面上，通过姿轨协同控制实现对非合作目标的姿态消旋和轨道控制接管；

所述自然巡游阶段是指母星平台搭载若干工星和若干视星，在入轨后的设定轨道上自由飞行；

所述集群执行任务阶段包括集群逼近目标阶段D1、捕获任务评估阶段D2、捕获任务规划阶段D3及捕获任务执行阶段D4；

所述集群逼近目标阶段包括集群远程机动阶段D11、集群近距调整阶段D12及集群精确逼近阶段D13；

所述集群逼近目标阶段具体包括：

母星搭载所有微纳卫星从_dmax距离处机动至目标附近_d1距离处，在此期间通过微波雷达进行远程交会导引；

母星搭载所有工星和视星从_d1距离处机动至目标同轨道后方_d2距离处，在此期间通过激光雷达进行近程交会导引；

母星搭载所有微纳卫星从_d2距离处机动至目标同轨道后方_d3距离处，在此期间通过视觉导航进行近距离交会导引；

所述捕获任务评估阶段包括两个子阶段：悬停初步评估阶段和绕飞精细评估阶段；

所述悬停初步评估包括：

D211，母星携带微纳卫星集群在位于目标后方距离_d4处进行悬停保持；

D212，母星星载计算机通过对激光雷达和视觉成像数据的联合处理获取非合作目标的姿态、轨道参数，同时初步估计非合作目标的形状及尺寸参数；

D213，根据目标姿轨数据、形状及尺寸数据，评估需要投入的工星数量_nreq；若_nreq远远大于捕获系统中工星的总数量_nmax，则放弃此次任务；否则进入绕飞精细评估阶段；

所述绕飞精细评估包括：

D221，母星采用弹射机构先后释放视星_m1颗，并使其自由漂浮至距离目标_d5处；各视星根据母星计算得到的绕飞初始相对状态，通过自身携带的轨道控制单元，精细调整自身状态并进入_d5半径的绕飞周期相对运动轨迹中；

D222，各视星通过自身姿态控制单元调整姿态，以使携带的视觉相机对准目标，并对后者进行连续成像，同时将目标三维图像传回母星平台；

D223，母星的高性能计算机对各视星获得的目标三维图像数据进行处理和联合解算，获得非合作目标精确的姿态、角速度、表面三维模型及部件分布情况，同时结合先验信息对非合作目标的质量及转动惯量进行估计；

所述捕获任务规划阶段包括：

D31，根据绕飞精细评估结果，母星计算得到需要派出的工星数量_n2，结合视星子群的轨道分布情况，指派每个视星所负责的观测区域和观测对象；

D32，根据绕飞精细评估结果所得到的目标三维表面分布情况以及拟派出的工星姿轨控能力，母星计算得到目标表面的最优附着部位优化结果；

D33，根据最优附着部位结果、工星数量以及视星子群的轨道分布情况，母星计算得到工星子群从母星平台到达附着部位的相对飞行轨道；

所述捕获任务执行阶段包括四个子阶段：

D41，视星子群在环绕目标的轨道上调整姿态，使得视觉相机的视角能够覆盖工星子群的迁移空间，并实时测量指定的工星相对目标的位置和姿态；视星子群将测量信息实时发送给母星或工星，由母星或工星进行局部相对轨道调整，避免工星与工星或工星与目标之间的碰撞；工星子群按照母星规划出的集群迁移相对飞行轨道以及星间协同控制的反馈控制，实现从母星平台迁移到目标表面待定附着点附近；

D42，各工星通过姿轨协同控制同步到达各自的附着点并将其表面的一面附着于非合作目标；通过视觉子群的观测结果反馈调整自身姿态轨道，以确保能够在附着点与非合作目标同步自旋；

D43，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，通过两两之间形成的力偶产生控制非合作目标的合力矩，并使合力矩沿着非合作目标自旋的反方向，从而使后者的旋转慢慢减速到零；

D44，各工星采用协同控制算法同步施加轨道控制力，并使合力方向沿着需要改变非合作目标轨道的期望方向，从而实现对非合作目标轨道的接管；进一步通过时间的累积，使得非合作目标受到的连续力达到等效的脉冲速度增量，实现向特定轨道的飞行。

2.根据权利要求1所述的微纳卫星集群捕获空间非合作目标的方法，其特征在于，所述集群安全撤离阶段包括：

R1完成情况评估：视星子群通过观测非合作目标的飞行轨道，并将结果反馈母星，由母星计算得到非合作目标的飞行轨道；若飞行轨道的轨道根数达到事先设定的值，则认为捕获任务完成；否则认为任务失败；

R2工星子群回收：视星的观测和母星的实时计算下，工星逐一返回母星平台的过程；

R3视星子群回收：视星在母星观测和导引下逐一返回母星平台的过程；

R4母星平台撤离：母星携带所有微纳卫星撤离捕获现场，重新返回自然巡游状态的过程。

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