[發(fā)明專利]火星探測器中繼通訊可見弧段自主判別及驅(qū)動控制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710321653.3 | 申請日： | 2017-05-09 |
| 公開（公告）號： | CN107168347B | 公開（公告）日： | 2020-06-30 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 周誌元;王衛(wèi)華;馮建軍;祖立業(yè);黃韻弘;肖東東;聶欽博;周杰;許賢峰 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海航天控制技術(shù)研究所 |
| 主分類號： | G05D1/08 | 分類號： | G05D1/08 |
| 代理公司： | 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249 | 代理人： | 朱成之 |
| 地址： | 200233 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 火星 探測器 中繼 通訊 可見 自主 判別 驅(qū)動 控制 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種火星探測器中繼通訊可見弧段自主判別及驅(qū)動控制方法，包含深空探測過程中自主可通訊弧段的判別方法以及中繼天線的驅(qū)動控制算法，利用中繼通訊可見弧段器上自主判別方法，確定可中繼通訊弧段的位置，規(guī)劃姿態(tài)機動策略，保障探測器在中繼通訊前提前機動到對火姿態(tài)；利用深空探測中繼通訊驅(qū)動機構(gòu)控制算法，實時產(chǎn)生控制指令驅(qū)動中繼天線，保障在較短的中繼通訊可見弧段內(nèi)探測器與著陸器通訊成功。本發(fā)明具有保證探測器在到達中繼軌道后能夠根據(jù)著陸器位置信息自主判別中繼通訊可見弧段，可提前規(guī)劃姿態(tài)機動策略并計算中繼通訊驅(qū)動機構(gòu)控制指令，實現(xiàn)對著陸器的中繼通訊的優(yōu)點。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及地外天體探測姿態(tài)控制技術(shù)，特別涉及針對火星探測中繼通 訊姿態(tài)機動和驅(qū)動控制，提高探測器中繼通訊姿態(tài)機動及驅(qū)動控制能力的一 種火星探測器中繼通訊可見弧段自主判別及驅(qū)動控制方法。
背景技術(shù)
針對我國2020年執(zhí)行的自主火星探測，在環(huán)火段釋放著陸器，探測器進 入中繼軌道后，著陸器易被火星及其他天體遮擋，無法直接與地面通訊，因 此著陸器需要借助環(huán)繞器進行中繼通訊來傳輸試驗數(shù)據(jù)和圖像，再由環(huán)繞器 將其傳回地球。由于火星與地球距離遠、測控通訊延遲大以及易被其他天體 遮擋等因素，地面也很難直接上注驅(qū)動控制指令來控制中繼天線的驅(qū)動；另 外由于火星的自轉(zhuǎn)和環(huán)繞器繞火星的軌道運動，環(huán)繞器保持長期對日姿態(tài)， 著陸器不能始終保持在中繼通訊可見弧段內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容
為了保證在有限的中繼通訊時間內(nèi)，環(huán)繞器和著陸器可以成功得實施中 繼通訊，環(huán)繞器應當能夠自主進行中繼通訊可見弧段的判別，并提前規(guī)劃姿 態(tài)機動策略，保證環(huán)繞器能夠在預定位置提前姿態(tài)機動到對火姿態(tài)，并驅(qū)動 中繼天線指向著陸器開始中繼通訊。
本發(fā)明提供了一種火星探測器中繼通訊可見弧段自主判別及驅(qū)動控制方 法，通過中繼通訊可見弧段自主判別算法，以及二維天線驅(qū)動機構(gòu)控制算法， 確保環(huán)繞器與著陸器能夠成功實施中繼通訊。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種火星探測器中繼通訊可見弧段自主判別及驅(qū)動控制方法，包含以下 過程：用中繼通訊可見弧段器上自主判別方法，確定中繼通訊弧段的位置， 規(guī)劃姿態(tài)機動策略，保障探測器在中繼通訊前提前機動到對火姿態(tài)；利用深 空探測中繼通訊驅(qū)動機構(gòu)控制算法，實時產(chǎn)生控制指令驅(qū)動中繼天線，保障 在較短的中繼通訊可見弧段內(nèi)探測器與著陸器成功通訊。
優(yōu)選地，所述中繼通訊可見弧段器上自主判別方法包含以下過程： 計算著陸器在火星慣性坐標系下的位置矢量計算姿態(tài)環(huán)繞器在火星慣 性坐標系下的位置矢量判斷著陸器是否在環(huán)繞器可見弧段內(nèi)，若判斷 結(jié)果為否，則保持當前對日姿態(tài)；若判斷結(jié)果為是，則將對日姿態(tài)通過姿態(tài) 機動為對火姿態(tài)。
優(yōu)選地，所述中繼通訊可見弧段器上自主判別方法進一步包含以下過程： 通過由地面獲得的著陸器降落在火星表面的經(jīng)度為αl，緯度為βl，火星的半 徑RM作為輸入，計算著陸器在火星固連系的位置矢量為
通過火星固連坐標系到火星慣性坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣RMg2Mi，得到著陸器在火 星慣性系下的位置矢量
通過器上自主遞推，得到當前時刻環(huán)繞器在火星慣性系的位置
優(yōu)選地，所述中繼通訊可見弧段器上自主判別方法中判斷著陸器是否在 環(huán)繞器可見弧段內(nèi)進一步包含以下過程：
當環(huán)繞器指向著陸器的位置矢量與火星質(zhì)心到著陸器位置矢量正交時，得到 在可見弧段內(nèi)，火星質(zhì)心到環(huán)繞器位置矢量與火星質(zhì)心到著陸器位置矢量的 夾角θ1的最大值為
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