[發明專利]一種改善著陸導航精度的初值同步方法

有效

• 申請號: 201310485300.9
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103591948A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 張洪華;于萍;關軼峰;趙宇;梁俊;程銘;何健;王大軼;王鵬基;黃翔宇;李驥;楊巍;于潔
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種改善著陸導航精度的初值同步方法，適用于航天探測器地外天體著陸過程的導航任務需求。

背景技術

著陸導航精度對確保著陸安全至關重要。導航初值的準確性是確保著陸導航精度的先決條件。

由于航天探測器都配置有星敏和陀螺等慣性姿態敏感器，因此姿態信息可以由探測器自主獲取，而探測器相對于特定天體的平動信息，如位置和速度等，探測器不具備主動獲取這些平動信息（位置和速度）的能力，需要由地面測控系統測量確定，并上行注入到探測器的星載計算機中。

探測器在啟動著陸程序前，首先需接收到由地面站注入的著陸程序啟動時刻的位置速度信息，作為導航初值。在著陸程序啟動時刻，探測器星載計算機采集星敏和陀螺（獲取探測器的慣性姿態信息）、加速度計（獲取探測器的比力加速度信息）、測距敏感器（獲取探測器相對月面的高程信息）、測速敏感器（獲取探測器相對月面的速度）的測量數據，以地面注入的探測器的位置速度信息為導航初值，進行導航計算。

導航初值的準確性，既包括位置速度信息的準確性、位置速度信息所對應的時刻的準確性，也包括著陸下降程序啟動時刻的準確性。確保兩者同步啟動，對改善著陸導航精度十分重要。

探測器的星載計算機是按照控制周期進行離散控制的，在這種機制下，如果簡單的采用判斷當前時刻是否大于著陸下降程序啟動時刻的方法來啟動著陸下降程序，是不能保證著陸下降程序啟動時刻與地面注入的導航初值時刻嚴格對齊的。由于探測器在軌運行速度較大，經計算，控制周期為128ms時（航天器控制周期的典型值），經計算僅由于時間的不匹配性就會導致著陸末期垂向高度誤差就有近百米。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種改善著陸導航精度的初值同步方法，解決了由于導航初值時刻與著陸下降程序啟動時刻不同步造成的導航誤差問題。

本發明的技術方案是：一種改善著陸導航精度的初值同步方法，步驟如下：

1）在探測器啟動著陸下降程序前，由地面測控站向探測器注入著陸下降程序啟動時刻t₀以及t₀時刻探測器的位置信息r₀和速度信息v₀；

2）根據地面注入的著陸下降程序啟動時刻t₀，和當前控制周期啟動時刻t，獲得新的著陸下降程序啟動時刻t_0new；

3）探測器上的星載計算機以步驟1）獲得的位置信息r₀和速度信息v₀為初值，以t_0new-t₀為軌道積分時長，采用軌道外推的方法，獲取t_0new時刻探測器的位置信息r_0new和速度信息v_0new；

4）探測器上的星載計算機在以t_0new為起始時刻的控制周期來臨時啟動著陸下降程序，星載計算機以t_0new時刻探測器的位置信息r_0new和速度信息v_0new為初值，開始下降過程的導航計算。

所述步驟2）中獲得新的著陸程序啟動時刻t_0new的具體方法為：（t_0new-t）=n×T，且t_0new>t₀，（t_0new-T）<t₀；其中n為正整數，T為星載計算機的控制周期。

本發明與現有技術相比的優點在于：

1）本發明確保了“著陸程序”啟動時刻與導航初值時刻的準確對應，避免了由于導航初值與時刻不同步造成的導航誤差。

2）本發明的時刻對準算法，簡單可靠，易于實現。

3）本發明的方法不需要再地面進行大量的校時計算等工作，只需要星上自主進行軌道外推計算即可。

附圖說明

圖1為初值時刻不同步誤差Δt示意圖；

圖2為初值時刻不同步誤差引發的速度誤差示意圖。

圖3為本發明方法流程圖。

具體實施方式

如圖3所示本發明方法的具體步驟為：

1）在探測器啟動著陸下降程序前，由地面測控站向探測器注入著陸下降程序啟動時刻t₀以及t₀時刻探測器的位置信息r₀和速度信息v₀；