[發明專利]一種采用衛星影像輔助和無線通信網絡的定位方法

有效

• 申請號: 201810093862.1
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108413969B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 王兆龍;孫俊;彭楊;譚龍玉;賀亮
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發明公開了一種采用衛星影像輔助和無線通信網絡的定位方法，包括如下步驟：利用巡視器接收地外天體網絡信號，根據無線網絡定位原理，確定巡視器在天體固連坐標系中的位置；利用軌道器觀測地外天體獲得影像，經去噪處理后，通過提取標志點、建立坐標系，完成相對關系建立，確定巡視器在天體固連坐標系中的位置；采用預設的處理算法對網絡定位系統時鐘進行誤差校正，得到矯正后的巡視器精確定位信息。本發明在地面測控站無法實時支持和校準的情況下，僅通過軌道器載荷提供的衛星影像信息修正時鐘誤差，使巡視器完成絕對定位，顯著降低了對地面測控的依賴。

技術領域

本發明涉及一種采用衛星影像輔助和無線通信網絡的定位方法，尤其適用于地外天體巡視器的絕對定位，屬于航天器導航技術領域。

背景技術

隨著各國深空探測技術的不斷發展，開展深空探測的飛行器數量正在不斷增加，使地面測控通信系統負擔日益增大。同時，由于深空探測具有遠距離高延時的特殊性，地面測控系統無法連續、實時的為眾多的地外天體表面巡視器逐一開展精確測控。為保證地外天體巡視器的定位能力，使越來越多的地外巡視器不實時依賴地面測控來擁有可靠的定位精度，這就要求地外天體巡視器能夠依靠地外天體通信網絡進行半自主定位。

在無法實時校準畸變的深空地外天體網絡中，單純依靠地外天體網絡進行定位，會將時空畸變造成的誤差引入巡視器的定位過程，其誤差量級以每日百余米的增長速度不斷累積，勢必導致地外天體巡視器的定位精度下降。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，本發明提供了一種采用衛星影像輔助和無線通信網絡的定位方法，在地面測控站無法實時支持和校準的情況下，僅通過軌道器載荷提供的衛星影像信息修正時鐘誤差，使巡視器完成絕對定位，顯著降低了對地面測控的依賴。

本發明的技術解決方案是：

一種采用衛星影像輔助和無線通信網絡的定位方法，包括如下步驟：

S1、利用巡視器接收地外天體網絡信號，根據無線網絡定位原理，確定巡視器在天體固連坐標系中的位置；

S2、利用軌道器觀測地外天體獲得影像，經去噪處理后，通過提取標志點、建立坐標系，完成相對關系建立，確定巡視器在天體固連坐標系中的位置；

S3、采用預設的處理算法對網絡定位系統時鐘進行誤差校正，得到矯正后的巡視器精確定位信息。

所述S1中，軌道器、著陸器和地外天體基地的位置均通過地面測控網長期測定，位置精確已知，并通過不間斷的向外發射無線電信號組成地外天體網絡，巡視器通過接收地外天體網絡信號進行無線電定位。

所述S1中，巡視器接收的地外天體網絡信號包括軌道器、著陸器和地外天體基地的無線信號傳播時間，無線信號傳播涉及基于不同基準的衛星時鐘和接收機時鐘，默認時間參量為GPST，巡視器受電離層或對流層的影響均為0。

所述S1中，根據狹義相對論效應，高速運動的軌道器對巡視器呈現時間膨脹，即假設時鐘一樣，軌道器的時鐘比巡視器的時鐘運行的慢；根據廣義相對論效應，巡視器對軌道器呈現時間收縮；軌道器的誤差由兩種效應疊加作用產生。

所述S2中，在軌道器過頂時刻，利用軌道器攜帶的遙感載荷觀測地外天體并獲取一幅分辨率為0.25m的遙感圖像。

所述S2中，建立天體表面標志點坐標系、相機坐標系、像平面坐標系及天體質心慣性坐標系，并對三個用于定位的天體表面標志點分別進行空間幾何位置建模。

所述S2中，相對關系建立是結合載荷所在軌道器的定位信息、載荷內參數、天體固連坐標系與慣性坐標系之間的關系，確定巡視器在天體固連坐標系中的位置。

所述S3中，預設的處理算法是將位置誤差反映成時間誤差，對時間同步性進行校正。