CN112684429B - 一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法。首先，在地面标定阶段，激光雷达跟踪上近场或者远场目标，移动目标从近距离到远距离或者从远距离到近距离，分别获得激光雷达远近场目标的调光盘码值。然后，根据码值在不同距离下的大小进行曲线拟合，获得拟合的系数。接着，在激光雷达识别阶段，先根据引导距离初步设置远近场目标标识。然后等激光雷达扫描跟踪上目标以后，实时根据调光盘码值和标定系数拟合出来的码值对目标标识进行识别。最后，将识别的目标标识传给外部单元，进而完成空间交会对接激光雷达的远近场识别。本发明可以为空间交会对接激光雷达的软件算法提供实质性的策略，进而保障空间交会对接过程的顺利完成。

Description

一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法

技术领域

本发明涉及空间交会对接的技术领域，具体涉及一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法，用于空间交会对接激光雷达的研制，还可推广于其他交会对接使用的交会激光雷达设计。

背景技术

空间交会对接是空间技术的一个关键技术。相对测量敏感器激光雷达用于两个航天器在太空中几十公里到最终完成对接前的距离、速度、角度以及角速度等参数的测量。

在两航天器交会对接的过程中，远距离需要跟踪远场合作目标，近距离需要跟踪近场合作目标，在目标意外丢失的情况下，需要重新捕获目标，这时需要根据目标的特性识别出当前的目标状态，以便进行下一步处理，此外，在远场目标和近场目标相互切换的过程中，也需要知道当前已经跟踪上目标的状态。这就意味着，在飞船的交会对接过程中，需要对远近场目标进行实时识别，进而顺利完成交会对接过程。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无与此相关的交会对接激光雷达远近场目标识别方法。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法，解决空间交会对接激光雷达的远近场目标精准识别问题，以便于精确获取两航天器的相对位姿参数。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法，步骤如下：

步骤(1)：在地面标定阶段，在激光雷达跟踪上目标以后，分别移动远场目标和近场目标由远至近或者由近至远，获取远场目标和近场目标的码值，再根据当前目标是远场或者近场目标拟合出相应的系数；

步骤(2)：在实时识别阶段，设计相应的目标识别方法，识别开始时，根据激光雷达所处的阶段执行相应的策略；

步骤(21)：当激光雷达处于扫描阶段，假如引导距离大于150米，则初步置为远场目标标志，否则置为近场目标标志；

步骤(22)：如果激光雷达处于跟踪态且稳定跟踪超过一段时间以后，获取当前目标的码值M，并根据实测的距离值L’和拟合系数分别拟合出远场目标的码值M_L’和近场目标的码值M_D’；

步骤(23)：比较当前码值与拟合出的码值之间的关系，如果当前码值M大于拟合出的码值(M_L’+M_D’)/2，那么该目标为远场目标，否则为近场目标；

步骤(3)：输出当前目标状态给外部单元，识别结束；

进一步地，步骤(1)中所述的根据当前目标是远场或者近场目标拟合出相应的系数具体为：在激光雷达跟踪上远场或者近场目标以后，同时获取距离值L和目标的码值M_L或M_D，然后根据距离分别拟合码值曲线，获得远场目标码值曲线的三阶系数A₁、A₂以及A₃，近场目标码值曲线的三阶系数B₁、B₂以及B₃，即M_L＝A₁L²+A₂L+A₃，M_D＝B₁L²+B₂L+B₃。

进一步地，步骤(22)中所述的远场目标的码值M_L’和近场目标的码值M_D’具体计算为：获取当前距离L’，则M_L’＝A₁L’²+A₂L’+A₃，M_D’＝B₁L’²+B₂L’+B₃。

进一步地，获取的目标码值M_L和M_D为多次测量结果的均值，并且是在不同天气情况下获得的。

本发明和现有技术相比所具有的优点在于：本发明设计了一种有效的远近场目标识别方法，该方法简单实用，可以保障远近场目标的精确识别，为交会对接提供了软件技术参考。同时，本发明还可以推广到其他交会对接任务中的远近场识别中，进而设计相应的软硬件策略。该方法已经应用于天舟系列交会对接激光雷达，为我国交会对接提供技术支持和软件策略保障。

附图说明

图1是本发明一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法的远近场目标识别步骤图；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

空间交会对接激光雷达主要用于飞船与空间站的交会对接，为两器的对接提供相对位姿参数，包括距离、距离变化率、角度、角度变化率等。随着距离的逼近，对激光雷达的距离精度要求也越高，远场目标覆盖范围宽，但是在近距离跟踪远场目标精度较差，因此需设计近距离跟踪近场目标，而远距离跟踪远场目标。假如目标在跟踪过程中丢失或者上电时不知道目标的状态，这时候将涉及远近场目标的识别过程。具体的识别过程如附图1所示，其步骤为：

步骤(1)：在地面标定阶段，首先在激光雷达跟踪上目标以后，分别移动远场目标和近场目标由远至近或者由近至远，获取远场目标码值M_L和近场目标的码值M_D，再根据当前目标是远场或者近场目标拟合出相应的系数A₁，A₂，A₃，B₁，B₂，B₃；具体拟合算法如下：当激光雷达跟踪上远场或者近场目标以后，激光雷达同时获取距离值L和目标的码值M_L或M_D，然后根据距离进行曲线拟合，分别拟合远近场目标的码值曲线，获得远场目标码值曲线的三阶系数A₁、A₂以及A₃，近场目标码值曲线的三阶系数B₁、B₂以及B₃，即M_L＝A₁L²+A₂L+A₃，M_D＝B₁L²+B₂L+B₃。

步骤(2)：在实时识别阶段，设计相应的目标识别方法，识别开始，根据激光雷达所处的阶段执行相应的策略；具体策略为下述三个步骤：

步骤(21)：当激光雷达处于刚上电的扫描阶段，假如引导距离大于150米，则初步置为远场目标标志，否则置为近场目标标志；

步骤(22)：如果激光雷达处于跟踪态且稳定跟踪超过一段时间以后，获取当前目标的码值M，并根据实测的距离值L’和拟合系数分别拟合出远场目标的码值M_L’和近场目标的码值M_D’，即M_L’＝A₁L’²+A₂L’+A₃，M_D’＝B₁L’²+B₂L’+B₃；

步骤(23)：比较当前码值与拟合出的码值之间的关系，如果M>(M_L’+M_D’)/2，那么该目标为远场目标，否则为近场目标；

步骤(3)：输出当前目标状态给外部单元，然后识别结束。

本发明未具体说明部分属于本领域公知技术。

Claims (3)

1.一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法，其特征在于，步骤如下：

步骤(1)：在地面标定阶段，在激光雷达跟踪上目标以后，分别移动远场目标和近场目标由远至近或者由近至远，获取远场目标和近场目标的码值，再根据当前目标是远场或者近场目标拟合出相应的系数；

步骤(2)：在实时识别阶段，设计相应的目标识别方法，识别开始时，根据激光雷达所处的阶段执行相应的策略；

步骤(21)：当激光雷达处于扫描阶段，假如引导距离大于150米，则初步置为远场目标标志，否则置为近场目标标志；

步骤(22)：如果激光雷达处于跟踪态且稳定跟踪超过一段时间以后，获取当前目标的码值M，并根据实测的距离值L’和拟合系数分别拟合出远场目标的码值M_L’和近场目标的码值M_D’；

步骤(23)：比较当前码值与拟合出的码值之间的关系，如果当前码值M大于拟合出的码值(M_L’+M_D’)/2，那么该目标为远场目标，否则为近场目标；

步骤(3)：输出当前目标状态给外部单元，识别结束；

其中，步骤(1)中所述的根据当前目标是远场或者近场目标拟合出相应的系数具体为：在激光雷达跟踪上远场或者近场目标以后，同时获取距离值L和目标的码值M_L或M_D，然后根据距离分别拟合码值曲线，获得远场目标码值曲线的三阶系数A₁、A₂以及A₃，近场目标码值曲线的三阶系数B₁、B₂以及B₃，即M_L＝A₁L²+A₂L+A₃，M_D＝B₁L²+B₂L+B₃。

2.根据权利要求1所述的一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法，其特征在于：步骤(22)中所述的远场目标的码值M_L’和近场目标的码值M_D’具体计算为：获取当前距离L’，则M_L’＝A₁L’²+A₂L’+A₃，M_D’＝B₁L’²+B₂L’+B₃。

3.根据权利要求1所述的一种适用于空间交会对接激光雷达的远近场目标识别方法，其特征在于：获取的目标码值M_L和M_D为多次测量结果的均值，并且是在不同天气情况下获得的。

Images