[發明專利]一種行星探測進入段自主導航系統可觀測度確定方法

有效

• 申請號: 201310636322.0
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103616024A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 崔平遠;于正湜;朱圣英;高艾;徐瑞
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種行星探測進入段自主導航系統可觀測度確定方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：建立著陸器動力學模型；

在行星慣性坐標系下建立6自由度動力學方程；著陸器的狀態為6維矢量x＝[r^T?v^T]^T，其中r＝[x?y?z]^T為著陸器的位置矢量，v＝[v_x?v_y?v_z]^T為著陸器的速度矢量；行星進入段著陸器的動力學模型建立為：

x·=f(x)=r·v·=v-v||v||D+v||v||×(r||v||×v||v||)L-r||r||g---(1)]]>

其中g為重力加速度，L，D分別為著陸器受到的升力和阻力加速度：

g=μr2,L=12ρV2SmCL,D=12ρV2SmCD---(2)]]>

式中μ為行星引力常數，ρ為大氣密度，S為著陸器的參考面積，m為著陸器質量，C_L和C_D分別為著陸器的升力和阻力系數；

步驟2：建立行星進入段自主導航測量模型；

通過著陸器與裝備有無線電收發裝置的位置已知的無線電信標間的無線電測量及通信，得到著陸器與無線電信標之間的相對距離：

Rj=(xBeaconj-x)2+(yBeaconj-y)2+(zBeaconj-z)2j=1,2,...,n---(3)]]>

式中R_j為著陸器到第j顆無線電信標的相對距離，和分別為第j顆無線電信標位置矢量的三軸分量，n為參與測量的無線電信標的個數；構建火星進入段自主導航測量模型為

y=[R1,···,Rn,]T=h(r)---(4)]]>

步驟3：計算導航系統可觀測度；計算方法如下：

針對非線性動力學系統及測量模型y＝h(r)，第k階與第k+1階Lie導數滿足如下關系式

Lfk+1hj=Σi=16∂Lfkhj∂xifi▿Lfkhjf,k==0,···,4,j=1,···,n---(5)]]>

i表示狀態維數，共6維；式中將第0階Lie導數為測量方程自身，將動力學方程在當前實時狀態下線性化

f≈f(x‾)+Jf(x-x‾)---(6)]]>

同時結合二次型逼近的思想，將Lie導數在當前實時狀態下利用Taylor級數展開，并保留一階及二階項

Lfkhj≈Lfkhj0+JLjk(x-x‾)+12(x-x‾)THLjk(x-x‾)---(7)]]>

其中和分別為在當前狀態處的Jacobi和Hessian矩陣；

Lfk+1hj=▿Lfkhj·f=[JLjk+12(x-x0)T(HLjk+(HLjk)T)][f0+Jf(x-x0)]=JLjkf0+[JLjkJf+12([HLjk+(HLjk)T]f0)T](x-x0)+12(x-x0)T[HLjk+(HLjk)T]Jf(x-x0)=Lfk+1hj0+JLjk+1(x-x0)+(x-x0)THLjk+1(x-x0),j=1,···,n]]>

從而得如下迭代關系式

Lfk+1hj0=JLjkf0JLjk+1=JLjkJf+12([HLjk+(HLjk)T]f0)THLjk+1=12[HLjk+(HLjk)T]Jf---(8)]]>

利用基于Lie導數的可觀測性度分析方法，得到可觀測性矩陣為

OΣ=[(▿Lf0h)T,(▿Lf1h)T,···,(▿Lf5h)T]T|x=x‾=[(JL0)T,(JL1)T,···,(JL5)T]T---(9)]]>

式中▿Lfkh=[(▿Lfkh1)T,···,(▿Lfkhn)T]T,]]>JLk=[(JL1k)T,···,(JLnk)T]T;]]>

最后將可觀測性矩陣的條件數的倒數定義為可觀測度，對導航系統的可觀測性進行度量；

D=1cond(OΣ)---(10)]]>

2.根據權利要求1所述的一種行星探測進入段自主導航系統可觀測度確定方法，其特征在于：所述無線電采用UHF波段或X波段，信標是行星表面的人工無線電信標或行星軌道器。