[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

本發明公開了一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，使火星探測器在地火轉移段繞日飛行過程中，不依靠地面支持而僅依靠自身所攜帶的太陽敏感器和火星敏感器完成軌道確定。火星探測器根據軌道遞推模型進行軌道外推；在利用火星敏感器對火星探測器相對火星的位置進行測量的同時，引入太陽矢量的測量來進一步約束軌道外推誤差。與現有技術相比，其有益效果是：本發明軌道確定方法使火星探測器可以在跟蹤火星目標丟失或火星敏感器故障的情況下獲取穩定的觀測量，增加了軌道自主確定的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，用于火星探測器地火轉移繞日飛行過程中的自主軌道確定，尤其是當跟蹤火星目標丟失或火星敏感器故障模式中，僅依靠對太陽矢量的測量，完成短期軌道計算。

背景技術

火星探測器在地火轉移繞日飛行過程中，需要實時計算火星探測器位置速度，以保證整器姿態基準計算及任務成功。

國內無火星探測經驗，地球衛星軌道計算一般根據地面測定軌提供軌道初值，在線進行軌道遞推或利用器載GNSS設備解算高精度軌道數據。然而對于火星探測器而言，具有器地距離遠，無GNSS可用的特點，單純借鑒地球衛星的軌道計算方法存在可測窗口狹窄，無GNSS可用，信息延遲大，自主性差的問題，為提高火星探測器軌道計算的可靠性，需要降低對地面的依賴度，實現自主導航。

此外，火星探測器在地火轉移段飛行過程中，由于太陽，火星探測器及火星三者之間的相位變化，需對火星進行實時跟蹤以保證導航的連續性，而一旦姿態失穩，丟失火星目標，則造成導航中斷，考慮太陽的穩定性，在導航過程中引入太陽矢量，除了具有優化觀測構型的功能外，還能在火星目標丟失情況下維持短期的導航計算。

隨著深空探測任務對探測器軌道計算自主性要求的不斷提高，需要結合探測任務特點，在設計階段開展自主導航觀測目標的冗余選取，導航構型的構建內容，因此，可以研究一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提出了一種一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，用于火星探測器在飛行全過程星敏感器與陀螺聯合標定。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案實現：

一種考慮太陽矢量的火星探測器自主軌道確定方法，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；使火星探測器相對慣性空間的位置保持不變；

(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；對三軸飛輪均發送2轉/分鐘的固定轉速指令。

(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；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。

(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；判斷門限為器火距離小于1000萬公里且大于500萬公里，火星信息連續5分鐘正常。所述器火距離是指火星探測器和火星之間的距離。

(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；判斷門限為器火距離小于500萬公里。