[發明專利]一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法

有效

• 申請號: 202010144111.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111238485B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 劉宇;孫建黨;黃韻弘;操宏磊;王獻忠;肖東東
• 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;G01C25/00;G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：建立火星整體成像自主導航系統誤差模型，建立包含光軸偏差及姿態確定偏差的火星自主導航系統；

步驟二：針對一段時間的導航觀測，求取該時段的系統誤差的條件期望，解算條件期望最大時的系統誤差值；

條件期望E_L為：

其中：為第r次光軸指向誤差估計值，Tr為取跡，lg為取對數，P為估計誤差協方差矩陣，Q為隨機向量方差矩陣，R為隨機向量方差矩陣，為估計誤差協方差矩陣、為概率函數一次距、N為總步數、n為狀態量的維數、m為觀測量的維數；

其中，條件狀態和條件誤差方差陣P_k|N為：

其中，Φ為狀態轉移矩陣、Y為完全數據集即[X₀、X_k、Z_k]，H_k為第k步的觀測轉移矩陣、Z_k是第k步的觀測量Z；

步驟三：將更新的系統誤差值回代火星自主導航系統，重復步驟二，迭代更新系統誤差值，直到滿足收斂條件；

步驟四：以收斂的系統誤差值更新火星自主導航系統，對系統誤差進行補償，得到后續精確的導航結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，其特征在于：火星整體成像自主導航系統誤差模型，具體為：自主導航系統誤差包括星敏感器在軌安裝偏差與導航敏感器的在軌安裝偏差，對兩種系統誤差進行等效處理為慣性系下導航敏感器光軸指向誤差[θ_x,θ_y,θ_z]。

3.根據權利要求2所述的一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，其特征在于：所述步驟一建立包含光軸偏差及姿態確定偏差的火星自主導航系統，具體為：

含等效系統誤差的導航系統中的觀測方程表示為：

其中，為日心慣性系到相機系的姿態轉換矩陣，為導航相機在軌安裝矩陣偏差，h(X)是表示Z是關于狀態量X的函數，r_pM是探測器到火星的距離矢量，V是量測噪聲。

4.根據權利要求1所述的一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，其特征在于：求解使得條件期望最大化的誤差參數[θ_x,θ_y,θ_z]，即對條件期望求導；

條件期望分別對三軸的誤差角θ_x,θ_y,θ_z求導如下：

求解上式，得到關于θ_x,θ_y,θ_z的標量函數，然后令

即得到使得條件期望最大化的誤差參數[θ_x,θ_y,θ_z]。

5.根據權利要求4所述的一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，其特征在于：步驟三中迭代過程如下：

(1)常規導航系統運算，利用擴展卡爾曼濾波器，得到θ^(r)條件下的導航結果，即狀態估計值和狀態估計偏差P_N；

(2)固定區間平滑，采用擴展RTS平滑算法，以步驟(1)中得到的和P_N為初始條件，以N₀+N為起始時刻向后平滑，得到新的條件狀態和誤差方差矩陣P_k|N；

(3)采用新的條件狀態和誤差方差矩陣P_k|N，計算根據該時段的系統誤差的條件期望，解算條件期望最大時的系統誤差值θ^(r+1)后，進行下一次迭代，直到滿足迭代收斂條件，輸出最終的系統誤差估計結果[θ_x,θ_y,θ_z]。