[發明專利]一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法

有效

• 申請號: 202010117435.X
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111238536B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 肖東東;顧玥;李立斌;印興峰;劉付成;劉宇
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)令火星探測器在器箭分離后進行速率阻尼；

(2)向火星探測器的三軸飛輪均發送固定轉速指令，使得火星探測器具備捕獲太陽的初始條件；

(3)速率阻尼結束后，火星探測器上自主判斷是否在陰影區，如果在陰影區，維持器體穩定，等待出陰影后繼續動作；

如果在陽照區，利用火星探測器上裝備的太陽敏感器系統進行太陽捕獲，獲取太陽矢量；

(4)當火星探測器穩定捕獲太陽后，火星探測器上自主啟用基于太陽矢量的自主導航算法，實時計算火星探測器的位置和速度；

(5)火星探測器上實時判斷器火距離是否啟用火星捕獲和跟蹤，能夠啟動火星捕獲和跟蹤時，通過火星捕獲跟蹤方法完成火星敏感器對火星的捕獲和跟蹤；

(6)火星探測器上實時判斷是否啟用太陽矢量+火星信息的導航算法；

(7)火星探測器上實時判斷火星是否跟蹤失敗，如果跟蹤失敗，返回步驟(4)太陽矢量導航模式，并在穩定后自主捕獲，跟蹤火星。

2.根據權利要求1所述的一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，其特征在于：所述步驟(1)中完成速率阻尼，使火星探測器相對慣性空間的位置保持不變；所述步驟(2)中對三軸飛輪均發送2轉/分鐘的固定轉速指令。

3.根據權利要求1所述的一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，其特征在于：所述步驟(4)中，火星探測器穩定捕獲太陽的判斷條件為太陽敏感器連續10分鐘輸出有效太陽矢量信息。

4.根據權利要求1所述的一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，其特征在于：所述步驟(4)啟用基于太陽矢量的自主導航算法，實時計算火星探測器的位置和速度，具體包括如下步驟：

第一步，利用前一拍數據對火星探測器位置、速度進行一步預測；

①計算地器距離r_EP、火器距離r_MP以及模值，具體如下：

其中，為火星探測器位置矢量，地球位置矢量火星位置矢量

②計算地球引力f_e、火星引力f_m

其中，地球引力常數μ_e，火星引力常數μ_m；

③計算參數K₁

日心J2000慣性系下火星探測器的狀態量其中為火星探測器位置矢量，為火星探測器速度矢量；μ_s是太陽引力常數；

④計算參數K₂

令X′＝X+0.5K₁，

其中，計算周期為T；

⑤計算參數K₃

令X″＝X+0.207106781186548K₁+0.292893218813452K₂

⑥計算參數K₄

令X″′＝X-0.707106781186548K₂+1.707106781186548K₃

⑦狀態量預測

第二步，計算探測器指向火星的矢量

第三步，計算太陽矢量：

其中，地心J2000慣性系到探測器本體坐標系的姿態轉換矩陣T_GN2I；s為測量的太陽矢量；s′為計算的太陽矢量；

第四步，導航增益計算

①求狀態轉移矩陣Φ，步驟如下：

Φ₅₁＝Φ₄₂

Φ₆₁＝Φ₄₃

Φ₆₂＝Φ₅₃

其中，Φ₄₁、Φ₄₂、Φ₄₃、Φ₅₁、Φ₅₂、Φ₅₃、Φ₆₁、Φ₆₂、Φ₆₃為矩陣元素，矩陣里面T為計算周期；

②觀測方程的計算矩陣H取值如下：

其中，為估計方差的預測值，P_K-1為當前周期的更新值，

矩陣

觀測量的噪聲矩陣：

③修正量計算：

ΔX＝K_CN(s-s′)

④探測器位置和速度更新：

I為單位矩陣。