[發明專利]一種基于加速度計反饋的火星探測軌道精確控制方法

有效

• 申請號: 202010121024.8
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN112129318B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 馮建軍;朱慶華;孫杰;秦捷;朱津津;夏語
• 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: 徐曉艷

本發明提供了一種基于加速度計反饋的火星探測軌道精確控制方法。火星探測中由于器地距離遠，采用地面測控進行軌道確定具有較大的時間延遲，火星探測的軌道控制中，地面無法及時確定變軌精度，而探測器在執行變軌過程中需要滿足高精度高可靠的軌道控制要求。在探測器上安裝加速度計，在執行變軌過程中，加速度計測量變軌過程中的加速度，加速度積分得到探測器變軌的速度增量，將變軌的實際速度增量與目標速度增量進行實時對比，修正探測器的目標姿態，從而修正實際的速度增量，以提高變軌的精度。本發明與現有技術相比，其效果是：將探測器在變軌過程中的速度增量引入軌道控制過程，提高變軌的控制精度。

技術領域

本發明涉及一種基于加速度計反饋的火星探測軌道精確控制方法，用于滿足深空探測高精度軌道控制需求，屬于深空探測軌道控制技術領域。

背景技術

我國未來深空探測任務將重點開展月球永久陰影區探測、小行星采樣返回探測、火星采樣返回探測、木星系及行星際穿越探測、太陽系邊際探測等一系列深空探測活動。而深空探測中軌道控制的精度影響著探測器的燃料消耗以及進入任務軌道的精度。

目前深空探測器中安裝了加速度計對速度增量進行測量，但是加速度計的作用為關機時刻的參數，并未將速度增量引入閉環進行軌道控制，所以目前深空探測的軌道控制為開環控制，軌道控制精度完全由軌道控制前的測定軌精度決定，不能進行實施修正。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于加速度計反饋的火星探測軌道精確控制方法，加速度計對軌道控制期間的加速度測量值進行在軌積分得到速度矢量，利用速度增量的方向對目標姿態的方向進行在線修正，提高軌道控制精度。

本發明的技術解決方案是：一種基于加速度計反饋的火星探測軌道精確控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)、根據加速度計測量得到的火星探測器在其本體坐標系下的加速度，計算從軌道控制開始時刻到當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下速度增量；

(2)、計算從軌道控制開始時刻到當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下速度增量與火星探測器目標姿態推力方向夾角，從而得到從軌道控制開始時刻到當前軌道控制周期速度增量方向與目標推力方向之間的偏差四元數；

(3)、利用從軌道控制開始時刻到當前軌道控制周期速度增量方向與目標推力方向之間的偏差四元數，對火星探測器目標四元數進行修正；

(4)、利用修正后火星探測器目標四元數，進行火星探測軌道精確控制。

所述步驟(1)的具體實現為：

(1.1)、獲取加速度計測量得到的當前軌道控制周期火星探測器在其本體坐標系下的加速度；

(1.2)、將加速度計測量得到的當前軌道控制周期火星探測器在其本體坐標系下的加速度轉化為當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下的加速度；

(1.3)、將火星探測器在慣性坐標系下的加速度進行累加，計算得到從軌道控制開始時刻到當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下的速度增量。

所述步驟(1.2)的計算公式為：

其中，a_INSx為當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下的加速度x方向分量；a_INSy為當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下速度增量y方向分量；a_INSz為當前軌道控制周期火星探測器在慣性坐標系下速度增量z方向分量；