[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

本發明涉及一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，屬于自主軌道確定領域；步驟一、根據當前周期火星探測器的狀態量建立sigma點集；步驟二、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、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、計算當前周期火星探測器的測量量協方差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本發明實現了探測器在自主導航過程中，能夠利用火星探測器的全力場模型，提高了軌道自主確定的精度。

技術領域

本發明屬于自主軌道確定領域，涉及一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法。

背景技術

火星探測器在長期環火飛行過程中，對火星進行全球遙感探測，導航是整器進行姿態基準計算的基礎。

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星載GNSS設備解算高精度軌道數據。然而對于火星探測器而言，在環繞火星飛行過程中，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，為提高火星環繞器軌道計算的可靠性及軌道計算的精度，需要降低對地面的依賴度，實現自主軌道計算。

此外，目前廣泛應用的的線性化導航算法舍棄高階項，精度較差。無法滿足火星探測器環火探測的要求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，實現了探測器在自主導航過程中，能夠利用火星探測器的全力場模型，提高了軌道自主確定的精度。

本發明解決技術的方案是：

一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，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；

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

在上述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，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。

在上述的一種基于球形無跡變換的環火軌道自主導航方法，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；