[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

本發明公開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，直接利用直接利用火星導航敏感器所拍攝的火星圖像，實現對自主導航系統誤差的高精度辨識與補償，得到更加精確的火星探測器自主導航信息。本方法主要包括4個步驟：1)引入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等系統誤差的火星自主導航系統；2)求取導航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；3)將更新的系統誤差值回代火星導航系統，迭代更新；4)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。

技術領域

本發明涉及火星自主導航系統的系統誤差修正方法。具體涉及一種不增加測量單機及測量量，直接利用火星導航敏感器所拍攝的火星圖像，通過計算系統誤差的條件期望并令其最大化，實現對導航系統偏差的精確估計，并在導航系統中進行補償，得到更加精確的火星探測器自主導航信息的方法。

背景技術

火星探測器在飛行過程中，離地面十分遙遠，地面測控精度比地球軌道航天器要低2個量級，可以達到百千米量級，這遠不能支撐火星軌道捕獲制動的需要。因此需要火星自主導航技術，利用火星探測器搭載的火星導航敏感器拍攝火星圖像，獲取探測器相對于火星的視線矢量信息，通過的探測器上的自主導航算法計算出火星探測器相對于火星的位置及速度。

火星自主導航的精度不僅依賴于火星導航敏感器的精度，還受導航敏感器光軸指向偏差、探測器姿態偏差等系統誤差的影響。提高導航系統誤差的補償能力，可以大大提高火星探測器自主導航精度。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提出了一種基于導航敏感器所拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，直接利用直接利用火星導航敏感器所拍攝的火星圖像，實現對自主導航系統誤差的高精度辨識與補償，得到更加精確的火星探測器自主導航信息。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案實現：

一種基于導航敏感器拍攝火星圖像的系統誤差自補償方法，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；

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。

進一步的，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]。

進一步的，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。

進一步的，所述步驟二中條件期望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、μ_X0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；