[發(fā)明專利]月球探測器落點預(yù)報方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310312100.3
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103364836A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王家松;王彥榮;何雨帆;李杰;陳建榮;杜凱;郭海;曾光;陳俊收;葉修松;魏小瑩;熊菁;王帆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國西安衛(wèi)星測控中心
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00;G01C21/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利屬于航天測量與控制領(lǐng)域，涉及月球探測器落點預(yù)報。

背景技術(shù)

嫦娥月球探測工程是我國航天事業(yè)發(fā)展中一項重要的工程任務(wù)，其中探月三期工程的目標是探測器軟著陸月球完成探測試驗任務(wù)。考慮到測控條件和探測器、月球車在月球表面平穩(wěn)降落并順利展開的需要，工程根據(jù)月表地勢、坡度、土質(zhì)、表面石塊數(shù)量等選定了預(yù)定著陸點位置并提出了相應(yīng)落點精度要求。為了保證探測器能順利降落到預(yù)定著陸點，必須開展探測器落點預(yù)報和計算的研究試驗工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種通用的月球探測器落點預(yù)報方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種月球探測器落點預(yù)報方法，包括如下步驟：

步驟一，利用多星并行高精度軌道計算系統(tǒng)處理統(tǒng)一S波段跟蹤數(shù)據(jù)以及甚長基線干涉測量數(shù)據(jù)，對月球探測器進行精密軌道確定，得到探測器在月心天球坐標系中的位置(X,Y,Z)，利用坐標轉(zhuǎn)換進一步得到探測器月固系的位置(x,y,z)；

步驟二，對月球表面地形高度進行插值，建立月球地形模型，利用月固系的位置矢量計算月球探測器月面高度；

步驟三，在探測器軌道確定基礎(chǔ)上，直接預(yù)報探測器星歷和月面高度，設(shè)定判定撞擊條件，當(dāng)探測器月面高度小于預(yù)設(shè)值時，認為探測器已撞擊月球，計算探測器落點，即探測器落點的經(jīng)度，緯度和高程，以及落月時刻。

本發(fā)明通過驗證結(jié)果表明，本方法在月球探測器落點預(yù)報中位置精度較高，落點時刻預(yù)報準確。該方法解決了嫦娥一號撞擊月球的時刻和位置的計算問題，以及為嫦娥三期探測器月球軟著陸做技術(shù)準備。

具體實施方式

本實施例中的月球探測器落點預(yù)報方法，用于進行嫦娥一號的落點預(yù)報。該預(yù)報方法包括如下步驟：

步驟一：對探測器進行精密軌道確定，得到探測器月固系的位置(x,y,z)。軌道確定是進行撞月點預(yù)報的前提，軌道確定就是利用觀測數(shù)據(jù)估算出衛(wèi)星的實際運動參數(shù)及其精度，本實施例采用了自主研發(fā)的多星并行高精度軌道計算系統(tǒng)（PASAX），利用探測器制動后很短的統(tǒng)一S波段跟蹤數(shù)據(jù)與甚長基線干涉測量數(shù)據(jù)進行短弧軌道確定，其中PASAX短弧軌道確定，采用嫦娥一號軌控后大約14分鐘數(shù)據(jù)，采用宇航動力學(xué)國家重點實驗室自主研發(fā)的多星并行高精度軌道計算系統(tǒng)（PASAX），進行探測器軌道計算，利用觀測數(shù)據(jù)估算出衛(wèi)星的實際運動參數(shù)及其精度，它包括軌道積分、理論觀測量計算和最小二乘參數(shù)統(tǒng)計等如下幾個子步驟：

子步驟1：建立合理的動力學(xué)模型，進行軌道積分。以月心J2000坐標系為基本參考架來建立衛(wèi)星運動方程，考慮的主要攝動力包括月球非球形引力場、太陽和地球等第三體引力、月球固體潮、太陽直接輻射壓和廣義相對論模型，軌道積分采用8階Gauss-Jackson-Merson多步法數(shù)值積分器。

子步驟2：建立觀測模型，計算理論觀測量。除了傳統(tǒng)的統(tǒng)一S波段載波（USB）雙向測距和測速外，嫦娥一號加入了高精度測角觀測，即甚長基線干涉測量（VLBI）數(shù)據(jù)。為此PASAX軟件專門加入了VLBI觀測模型。

子步驟3：探測器軌道解算。參數(shù)最優(yōu)估計采用貝葉斯（Bayes）加權(quán)最小二乘估計方法，待估參數(shù)為衛(wèi)星初始位置、速度以及部分動力學(xué)模型參數(shù)和測量系統(tǒng)差。

本實施例選用了優(yōu)化的軌道動力學(xué)模型和軌道確定策略。其中

軌道動力學(xué)模型考慮的主要攝動力包括月球非球形引力場、太陽和地球等第三體引力、月球固體潮、太陽直接輻射壓和廣義相對論模型，軌道積分采用8階Gauss-Jackson-Merson多步法數(shù)值積分器。參數(shù)最優(yōu)估計采用貝葉斯（Bayes）加權(quán)最小二乘估計方法，待估參數(shù)為衛(wèi)星初始位置、速度以及部分動力學(xué)模型參數(shù)和測量系統(tǒng)差。

本實施例選用軌道確定策略如表1：

表1定軌策略

步驟二：利用月球地形模型，對月球表面地形高度進行插值，計算探測器月面高度，包括如下子步驟：

子步驟1：選取合適的月球地形模型。本實施例使用的月球地形模型是ULCN2005柵格數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該地形模型的平面精度(1σ)約為0.9像素，高程精度為102m左右，在月球正面的月海區(qū)域精度更高，滿足試驗要求。

子步驟2；選擇模型中的參數(shù)。取月球參考橢球半徑為1737.4km，按照緯度從-90到90度，精度從-180到180度，每度16個柵格，每個柵格的大小為0.0625X0.0625度（對應(yīng)1.8km）。