[發明專利]一種替換結合外推的著陸導航方法

有效

• 申請號: 201310209681.8
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103256932A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 張洪華;于萍;李驥;何健;黃翔宇;關軼峰;趙宇;梁俊;程銘;王鵬基;王大軼
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種替換結合外推的著陸導航方法，適用于航天探測器地外天體著陸過程初始姿態不確定的導航計算。?

背景技術

探測器地外天體著陸過程中，需要獲取自身相對目標天體（下文假設目標天體為月球）的距離與速度信息。探測器自主獲取平動運動信息的手段主要有兩種。第一種，利用慣性姿態測量敏感器（星敏、陀螺和加速度計）獲取探測器的慣性姿態和所受到的加速度信息，結合地面測控系統提供的軌道初值信息，進行計算外推獲得自身相對于目標天體的距離和速度。第二種，利用測距敏感器和測速敏感器直接測量出探測器相對目標天體的距離與速度信息。?

第一種方法，主要是依賴計算的方法間接獲取探測器的平動運動信息。受IMU測量誤差、姿態確定誤差及初始定軌誤差的影響，第一種方法確定的探測器相對目標天體基準面的距離和速度誤差隨遞推時間的增加逐漸增大，且這種方法只能確定探測器相對于假定天體基準面的高度，不能夠獲取探測器相對真實月面的高度。?

第二種方法，直接使用測量敏感器的測量信息獲取探測器的平動運動信息，對探測器平動運動狀態確定的精度主要取決與測量敏感器的精度。由于著陸初始時刻，探測器相對月面處于較高高度（典型距離15km），受限于產品的重量功耗限制，距離和速度測量敏感器在較遠距離時信噪比較弱，測量信息的誤差較大。在著陸末期，隨著探測器逐漸接近月面，測量敏感器的信噪比顯著提升，測量精度也隨之提高。?

第一種方法在著陸末期精度較差，而第二種方法在著陸初期不具備工作條?件。一般來說，在著陸過程中將兩種導航方法確定的導航值進行加權折中是著陸探測器慣用的導航方法，但由于在著陸末期仍保留了慣導外推的計算結果，受初始姿態不確定性及慣導累積誤差的影響較大，對于著陸高度速度控制要求更高的探測器就不適用了。?

發明內容

本發明解決的技術問題是：提出了一種替換結合外推的著陸導航方法，該方法避免著陸初始姿態的不確定性和慣導累積誤差的影響，為著陸探測器提供更高精度的距離速度導航值。?

本發明的技術方案是：一種替換結合外推的著陸導航方法，步驟如下：?

1）通過地面測定軌獲得探測器在慣性系下初始t₀時刻的位置和速度

2）通過安裝在探測器上的加速度計測量得到任意t_i時刻發動機推力產生的在探測器本體坐標系下的加速度其中i=0,1,2…n；?

3）通過安裝在探測器上的星敏和陀螺獲得任意t_i時刻探測器本體在慣性系下的姿態矩陣

4）根據步驟3）中獲得的姿態矩陣以及步驟2）中得到的由發動機推力產生的加速度將發動機推力產生的加速度從探測器本體坐標系轉換到慣性系下，表示為

5）根據公式??????????????????????????????????????????????????設初值為t₀時刻的位置和速度結合步驟4）求得的t_n時刻之前發動機推力在慣性系下產生的加速度計算獲得探測器在慣性系下當前時刻t_n的位置和速度其中???是按照天體引力模型得到的探測器在位置處受到的引力加速度；?

6）將步驟5）中得到的位置的絕對值與已知的天體表面高度相減獲得探測器當前時刻t_n的相對于天體表面的高度h_l；將步驟5）中得到的速度與天?體自轉產生的天體表面速度相減即獲得探測器當前時刻t_n相對天體表面的運動速度

7）當不能通過敏感器直接獲取探測器在當前時刻t_n相對天體表面的高度測量值和速度測量值時，則將步驟6）求得的高度h_l和運動速度作為探測器在當前時刻t_n相對天體表面的高度和運動速度；并將得到的探測器相對天體表面高度h_l與已知的天體表面高度相加獲得探測器在慣性系下當前時刻t_n的位置的絕對值，并將此絕對值以及運動速度作為步驟5）中新的初值，本方法完成；當能夠通過探測直接獲取探測器在當前時刻t_n相對天體表面的高度測量值和速度測量值時；則進入步驟8）；?

8）通過安裝在探測器本體的測距敏感器和測速敏感器，測量獲得探測器在當前時刻t_n相對天體表面的高度測量值h_m和速度測量值