[發明專利]一種定常系數陸標圖像導航濾波方法

有效

• 申請號: 202010350607.8
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111637894B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李驥;張曉文;張洪華;關軼峰
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 劉秀祥

一種定常系數陸標圖像導航濾波方法，屬于航天器導航技術領域，包括如下步驟：S10、根據上一個周期的探測器本體角速度測量、探測器本體非引力加速度測量，利用慣性導航進行外推，獲得本周期的探測器估計位置、探測器估計速度、探測器姿態四元數；S20、根據陸標視線方向測量、已知的陸標慣性位置、探測器姿態四元數，確定探測器位置；S30、利用常系數增益矩陣，對S10中慣性導航外推的位置、速度進行濾波修正；然后轉入S10。本發明降低了計算量、簡化了濾波器設計、提高了導航系統的數值穩定性。

技術領域

本發明涉及一種定常系數陸標圖像導航濾波方法，屬于航天器導航技術領域。

背景技術

無論是載人登月還是未來的無人探月工程，定點著陸都已經成為技術發展的一項必然趨勢。定點著陸的落點精度需要達到100m，要求導航位置精度優于50m，目前我國無人月球探測器在著陸過程所采用慣導+測距和測速修正的導航方案由于缺少直接的水平位置測量信息，導航的水平位置精度只能達到千米量級，無法滿足定點著陸任務的需要。

在地球以外實現定點著陸，能夠快速、準確地提供水平位置信息的最佳手段就是陸標圖像導航。這種導航方法的原理是事先在探測器上存儲月面地形的圖像模板，在下降過程中實時拍攝星下點月表導航圖像，通過導航圖像與圖像模板之間的特征點匹配，確認探測器的位置。在具體的導航濾波方法上，目前國內外最為普遍的作法是構建擴展卡爾曼濾波器，將圖像匹配的特征點作為測量量，濾波修正慣導外推的誤差。由于圖像測量方程、慣導外推方程均是非線性的，而且每幅圖像的匹配特征點維數也是動態變化的，所以需要采用非線性濾波技術，將狀態轉移矩陣、測量矩陣線性化，實時遞推計算狀態方差陣，其中還不可避免的需要計算矩陣的逆矩陣，計算量非常大，還存在數值穩定性問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種定常系數陸標圖像導航濾波方法，包括如下步驟：S10、根據上一個周期的探測器本體角速度測量、探測器本體非引力加速度測量，利用慣性導航進行外推，獲得本周期的探測器估計位置、探測器估計速度、探測器姿態四元數；S20、根據陸標視線方向測量、已知的陸標慣性位置、探測器姿態四元數，確定探測器位置；S30、利用常系數增益矩陣，對S10中慣性導航外推的位置、速度進行濾波修正；然后轉入S10。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種定常系數陸標圖像導航濾波方法，包括如下步驟：

S1、根據上一個周期的探測器本體角速度測量、探測器本體非引力加速度測量、修正后的探測器位置、修正后的探測器速度、探測器姿態四元數；外推計算本周期的探測器估計位置、探測器估計速度、探測器姿態四元數；

S2、在探測器本體坐標系下，根據陸標視線方向測量、探測器內已知的陸標慣性位置、S1中的探測器姿態四元數，確定探測器位置；

S3、以S2中探測器位置為測量，以S1中探測器估計位置、探測器估計速度為狀態，利用常系數增益矩陣對探測器估計位置、探測器估計速度進行修正，獲得修正后的探測器位置、修正后的探測器速度；然后重復S1～S3。

上述定常系數陸標圖像導航濾波方法，優選的，S1中，利用慣性測量單元獲得上一個周期的探測器本體角速度測量、探測器本體非引力加速度。

上述定常系數陸標圖像導航濾波方法，優選的，S2中，利用圖像導航敏感器獲得陸標視線方向測量。

上述定常系數陸標圖像導航濾波方法，優選的，S2中，通過非求逆方法確定探測器位置。

上述定常系數陸標圖像導航濾波方法，優選的，首先建立陸標相對位置方程，然后通過非求逆方法確定探測器位置。

一種定常系數陸標圖像導航濾波方法，包括如下步驟：