[發明專利]火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法

有效

• 申請號: 201810672451.8
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN109059935B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 張恒;耿言;周繼時;謝攀;?？∑?/a>
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法，其包括以下步驟：步驟一：火星探測器在接近火星過程中，在巡航段距離火星1000萬公里至10萬公里處，光學導航敏感器開機；步驟二：根據無線電導航與光學導航測量數據，分析無線電導航、光學導航精度；步驟三：確定地面無線電導航絕對優先策略/器上光學自主導航絕對優先策略/組合導航信息融合策略等導航切換策略；步驟四：至距離火星小于10萬公里時，光學導航敏感器關機，切換至地面無線電導航。本發明可滿足未來火星探測導航任務需求，為深空探測器高精度導航提供了良好的技術手段。

技術領域

本發明涉及航天器領域，具體地，涉及一種火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法。

背景技術

火星探測任務飛行距離遠、持續時間長，探測對象和探測環境存在大量未知和不確定性，無線電導航的精度和實時性隨探測器與地面站之間距離的增加而降低，且存在因通信盲區導致的導航數據不連續等問題，無法完全滿足火星探測特殊飛行階段(如制動捕獲段)的導航需求，而基于火星圖像的光學導航方法只適用于火星接近過程中。為此，亟需開展地面無線電導航與器上自主導航切換方法研究。

發明內容

針對地面無線電導航、光學自主導航等單一導航方法應用于火星探測飛行過程中的局限性，本發明的目的是提供一種火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法，解決單一導航方法的局限性問題，可滿足未來火星探測導航任務需求，為深空探測器高精度導航提供了良好的技術手段。

根據本發明的一個方面，提供一種火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法，其特征在于，所述火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法包括以下步驟：

步驟一：火星探測器在接近火星過程中，持續開展地面無線電導航，在巡航段距離火星1000萬公里至10萬公里處，光學導航敏感器開機；

步驟二：根據無線電導航與光學導航測量數據，分析無線電導航、光學導航精度；

步驟三：根據無線電導航、光學導航精度，確定導航切換策略，當地面無線電導航精度明顯較高時，采取地面無線電導航絕對優先策略，僅無線電導航系統輸出導航參數；當光學導航精度明顯較高時，采取器上光學自主導航絕對優先策略，僅光學導航輸出導航參數；當地面無線電導航與光學導航精度相當時，采取組合導航信息融合策略，獲得全局最優估計；

步驟四：至距離火星小于10萬公里時，光學導航敏感器關機，切換至地面無線電導航。

優選地，所述火星捕獲接近段地面導航與器上自主導航切換方法采用以下三種切換策略：地面無線電導航絕對優先策略、器上光學自主導航絕對優先策略、組合導航信息融合策略。

優選地，所述組合導航信息融合策略的具體內容如下：假定X₁(k),P₁(k)和X₂(k),P₂(k)分別是無線電導航子濾波器和光學導航子濾波器的狀態估計值和估計誤差協方差陣，則全局最優狀態估計值和估計誤差協方差陣可由下式得到如下式：

X_i(k)＝X_g(k)

β₁+β₂＝1,i＝1,2；0≤β≤1

式中，β_i為反饋系數(或稱信息分配因子)，與子濾波器的估計誤差協方差陣成反比，其選擇的基本原則是在滿足信息守恒公式的前提下與局部濾波器的濾波精度成正比，一般取為固定值；在本方案中，為了獲得更好的濾波結果，則使用基于估計誤差矩陣的動態分配信息因子算法為如下式：