[發明專利]一種基于小行星序列圖像的深空探測器光學導航方法

有效

• 申請號: 201310418426.4
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103512574A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 唐歌實;卜彥龍;劉勇;曹建峰;王保豐;胡松杰;王鎵;李羿霏;張強;黨瑞鵬;李黎
• 申請（專利權）人: 北京航天飛行控制中心
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 國防專利服務中心 11043
• 代理人: 劉曉鵬;胡永貴

技術領域

本發明屬于航天器導航與控制領域，特別是涉及一種基于小行星序列圖像的探測器深空光學導航方法。

背景技術

隨著深空探測技術的發展，小行星探測已經成為21世紀深空探測的重要內容之一。小行星探測不僅有助于揭開太陽系和生命的起源、演化之謎，而且可促進地球防護、空間科學和空間技術應用的發展，能為更遠的深空探測關鍵技術提供驗證，這個過程中，深空探測器的精確導航是保證小行星探測任務順利實施的基本條件。

早期的探測器深空導航主要采用天文光學導航，其特點是基于星空背景和輪廓圖像中心提取導航信息。VoyagerI與VoyagerII是最先嘗試天文光學導航的行星際軌道器，1979年VoyagerI與木星相遇的時候測試了天文光學導航技術，其后與土星、天王星、海王星及其衛星的相遇中均進行了應用。噴氣推進實驗室（JPL）從VoyagerII傳回的海王星圖像中提取星體輪廓，用橢圓模型進行擬合以確定慣性空間中航行器與目標天體的相對位置，并實現了地面近實時圖像導航。DeepSpace1（DS1）是首個試圖進行自主天文光學導航的軌道器，作為技術試驗任務，DS1在探測小行星Braille以及彗星Borrelly的過程中對自主天文光學導航系統進行了成功驗證。

隨著現代光學成像和計算機處理能力的提高，特別是近期MRO、LRO、SELENA及中國的嫦娥衛星搭載的高分辨率相機實現了星體表面高精度成像，使得軌道器在目標天體系中的高精度定位成為可能。雖然公開文獻中多數方法目前仍然處于試驗驗證或者數據后處理階段，但是這種技術已經受到航天先進國家越來越多的青睞，如美國航空航天局（NASA）已經在火星偵察軌道器（MRO）上成功實現了深空軌道器光學自主導航飛行模式，并在新一輪深空探測計劃中將其確立為核心技術。

發明內容

本發明要解決的技術問題是給出一種深空探測器與小行星快速交會時，基于小行星交會圖像序列的光學導航方法。

本發明包括如下步驟：

1）針對深空探測器在無姿態調整、無軌道維持的自由飛行狀態下與小行星的近距離交會模式，當相對運動關系能夠用勻速直線平動描述時，則建立基于多視幾何理論的三個約束關系：

（1）極點約束：所有小行星序列圖像的極點坐標(u_e,v_e)相同，所有反對稱矩陣[e_n,m]_×的形式統一表達為[e]_×，且有：

[en,m]×=[e]×=0-1ve10-ue-veue0]]>

對于小行星圖像序列中的任意一對圖像I_m和I_n所構成的基礎矩陣F_m,n統一表達為F，且有：

F_m,n＝F＝[e]_×