[发明专利]一种行星动力下降段的自主导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种行星动力下降段的自主导航方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

行星定点着陆是获取更有价值科学素材的必要手段。通过行星动力下降阶段的自主导航制导与控制技术可以有效提高行星着陆精度，保证着陆安全性，而自主导航技术是实现行星定点着陆的前提。但目标行星距离地球较远，缺少导航信息源，所以急需构建行星动力下降段组合导航方案以保证行星精确着陆。

已经成功着陆火星的探测任务在火星动力下降段对探测器相对火星的速度、高度及姿态进行估计并加以控制。在成功着陆火星的任务中，火星探测漫游者（MER）利用下降图像运动估计系统（DIMES）对探测器的水平速度进行估计。火星科学实验室（MSL）搭载了下降敏感器（TDS）确定探测器的速度及高度，并提供姿态信息。但这些导航方式都无法对探测器的水平位置进行有效确定，难以实现火星精确着陆。

有学者提出可以利用激光雷达（LIDAR）或导航相机进行基于行星表面地形的相对导航。通过与着陆区域数字高程图或光学图像的匹配，可以得到探测器水平位置信息。但受到敏感器视场角、功率及信息处理时间的约束，难以用于实际的行星着陆任务。

发明内容

本发明的目的是为提高行星动力下降段自主导航的精度与实时性，提出一种行星动力下降段的自主导航方法。

本发明方法结合下降敏感器、无线电接收机及导航相机，在行星着陆任务开始前利用行星轨道器在着陆区域附近布置具有无线电测量及通信功能的信标，并利用轨道器的多次观测确定其位置。在行星动力下降阶段利用安装在探测器上的无线电接收装置测量探测器相

对无线电信标的位置，并结合下降敏感器及导航相机对探测器位置、速度及姿态进行估计，保证导航的精度与实时性。

行星动力下降段自主导航方法的具体流程如下：

步骤1：建立行星动力下降段状态模型

在行星着陆点惯性坐标系下建立探测器状态模型。导航系统的状态矢量x包括探测器位置矢量r=[x,y,z]^T、速度矢量姿态角e=[φ,θ,ψ]^T、加速度计常值漂移陀螺常值漂移

在行星着陆任务开始前利用行星轨道器在着陆区域附近布置N（N≥3）颗具有无线电测量及通信功能的信标，并利用轨道器多次观测，确定信标位置，将第i颗无线电信标的位置r_Bi=[x_Bi,y_Bi,z_Bi]^T扩充为导航系统状态（i=1,…,N）。

行星动力下降段探测器的状态模型建立为：

r·=v]]>

v·=Tbl(am-ba-ξm)+g]]>

e·=K(ωm-bω-ξω)]]>

          （1）