[發明專利]一種基于序列圖像的行星軟著陸自主導航陸標優選方法

有效

• 申請號: 202210126158.8
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114577205B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 李嘉興;王大軼;徐超;董天舒;葛東明;孫博文;侯博文;鄂薇;林海淼
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01C21/24;G06F17/11
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

一種基于序列圖像的行星軟著陸自主導航陸標優選方法，屬于航天器導航制導控制技術領域，包括以下步驟：S1、著陸器進行著陸時采用視覺輔助慣性導航方法，建立視覺輔助慣性導航方法的離散時間的狀態和觀測誤差方程；S2、根據S1建立的誤差方程，判斷離散時間系統可觀測性矩陣的秩，分析保證可觀測狀態收斂條件下，陸標的最少觀測次數；S3、構建可觀測度指標模型；可觀測度指標模型用于表征著陸器觀測到陸標時對應著陸器位置的估計誤差；S4、利用S2所述最少觀測次數的結論及S3所述可觀測度指標模型構建觀測策略，指導著陸過程中自主切換陸標。

技術領域

本發明涉及一種基于序列圖像的行星軟著陸自主導航陸標優選方法，屬于航天器導航制導控制技術領域。

背景技術

2020年，中國和美國先后發射了火星探測器并實施著陸任務，其中，高精度自主導航是保障著陸器順利精確定點著陸的關鍵。慣性測量單元(IMU)是探測器攜帶的基本自主導航器件，但由積分帶來的導航誤差累積是慣性導航缺陷。因此常用結合外部測量設備來提高導航精度。

為實現10至100米級別的行星精確著陸，NASA和ESA從上世紀末開始研究基于視覺的相對導航技術。將序列圖像輔助慣性測量單元的導航方法利用在著陸過程中是可行的，并且能夠獲得高精度的導航結果。這種基于序列圖像和慣性測量單元組合的自主導航方法通常被稱為視覺輔助慣性導航(VAIN)。

目前針對視覺輔助導航的可觀測性研究已取得一定進展，但仍然存在以下不足：

(1)已有論文都是針對特定觀測條件的，缺乏對相同陸標觀測次數的討論。如果能分析出不同觀測方案中的可觀測性，就能指導工程實踐中選擇更好的觀測方案，獲得滿足可觀測需求的邊界條件。觀測所需的最低次數是保證導航系統收斂的必要條件，可以用于指導觀測策略的設計。

(2)關于VAIN問題可觀測性的研究主要集中于可觀測的性質，用于探究系統的不可觀測方向，但用于描述導航系統精度的可觀測度的研究較少。但已有的研究方法僅適用于飛行前設計數據庫或著陸后分析濾波過程，沒法做到著陸過程中在線評估并指導陸標選取。在著陸階段內，著陸器受到計算能力的限制，如果能通過在線計算可觀測度來選擇對導航精度貢獻更大的陸標，就能在盡可能觀測少量陸標的情況下獲得較高導航精度。

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，系統地分析視覺輔助慣性導航方法的可觀測性，設計一種用于可觀測度指標和觀測策略，用于指導著過程中自主規劃陸標。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種基于序列圖像的行星軟著陸自主導航陸標優選方法，包括如下步驟：

S1、著陸器進行著陸時采用視覺輔助慣性導航方法，根據視覺輔助慣性導航方法的連續時間狀態方程和觀測方程，確定著陸器觀測陸標時的離散時間的狀態誤差方程和觀測誤差方程；

S1確定離散時間的狀態誤差方程的方法，具體如下：

根據視覺輔助慣性導航的連續時間狀態方程，確定連續時間誤差狀態方程，從而確定離散時間的狀態誤差方程；