[發明專利]一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法

有效

• 申請號: 202010128937.2
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111238484B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 朱慶華;肖東東;魯啟東;印興峰;唐文國;馬瑞
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 李晶堯

1.一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、測量當前周期火星探測器的狀態量狀態量包括三維位置和三維速度，根據火星探測器的三維位置建立sigma點集；sigma點集包括13個特征點，計算各特征點spⁱ當前周期的狀態量；i為特征點序號，i＝1，2，……，13；所述步驟一中，所述sigma點集的建立方法為：

以當前火星探測器位置為中心，建立球體，在球體表面隨機選取13個特征點，即為sigma點集；每個特征點表示在球體表面對應位置的狀態量；

各特征點的狀態量的計算方法為：

令則，

式中，表示當前周期火星探測器的狀態量；

spⁱ表示第i個sigma點；

P_cⁱ表示6×1常值矩陣，

步驟二、根據火星探測器軌道動力學模型，對各特征點分別以當前周期的狀態量為初值，遞推各特征點下一周期的狀態量

步驟三、根據各特征點下一周期的狀態量和上一周期火星探測器的位置和速度，計算當前周期的近似無跡均值和近似無跡狀態量協方差

步驟四、計算下一周期第i個特征點的測量預測值計算下一周期測量預測均值

步驟五、根據測量噪聲常值矩陣R，計算當前周期火星探測器的測量協方差P_yy和測量-狀態量協方差P_Xy；

步驟六、計算下一周期的增益值K_k+1；并根據下一周期的增益值K_k+1計算下一周期火星探測器的狀態量

2.根據權利要求1所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述步驟二中，所述火星探測器軌道動力學模型的環境參數設置為：

火星為中心引力體；火星的引力為4階非球形引力；動力學模型包括太陽引力和太陽光壓攝動模型。

3.根據權利要求2所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述步驟三中，當前周期的近似無跡均值的計算方法為：

式中，ω₀＝0.25；

ω₁＝0.0625；

近似無跡狀態量協方差的計算方法為：

式中，為6×6的矩陣，其中對角線值為1000，其余值為0。

4.根據權利要求3所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述步驟四中，下一周期第i個特征點的測量預測值的計算方法為：

下一周期測量預測均值的計算方法為：

5.根據權利要求4所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述步驟五中，測量協方差P_yy的計算方法為：

式中，i＝1，2，3，……，13；

測量-狀態量協方差P_Xy的計算方法為：

6.根據權利要求5所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述測量噪聲常值矩陣R為角線為5×e^-13的四階方陣。

7.根據權利要求6所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述步驟六中，下一周期的增益值K_k+1的計算方法為：

8.根據權利要求7所述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，其特征在于：所述步驟六中，下一周期火星探測器的狀態量的計算方法為：

式中，y_s為測量得到的火星探測器指向火星的單位矢量和火星的視半徑。