[发明专利]火星动力下降段非线性三步滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及火星动力下降段非线性三步滤波方法。属于航天导航技术领域。

背景技术

火星是距离地球较近的行星，它在很多方面与地球有相似之处，成为人类深空探测的首选目标星体之一。而到现在为止，人类共进行了39次火星探测，其中2/3以失败告终。显然，由于火星恶劣的环境和深空探测技术的不成熟，人类探测火星面临着严峻的挑战。火星探测中，最具意义和最具难度就是探测器的软着陆，而软着陆过程中的进入、下降和着陆过程又是整个探测任务的关键。已实施的15次火星着陆任务中，仅有7次着陆成功。从火星探测器脱离绕飞轨道开始，一般来说，需要经过进入、下降和着陆几个阶段最终到达火星表面，其中进入段和下降段的合理规划和设计是完成精确着陆的必要保障。而在降落的最后一个阶段，即从开启反作用推力器进行有效减速到探测器成功降落到期望着陆点这一过程，称为动力下降段，整个动力下降过程可以划分为三个阶段——动力接近段、常值速度段、常值加速度段。该阶段只持续仅仅几分钟，但却是决定着陆任务成败的最重要阶段之一，如果下降过程不能有效减速或避开障碍，整个探测任务将前功尽弃。因此对于火星动力下降段探测器的状态估计就显得尤为重要，特别是探测器的相对于着陆点的高度和速度。

在火星动力下降段，探测器的挡热板已经抛掉，此时，探测器上携带的除惯性导航系统的其他量测仪器也开始工作，但是在降落伞下降段和动力下降段探测器高度较高，测量精度较差。而且在火星动力下降段探测器还要经受火星大气的不确定性，探测器本体的气动特性的不确定性以及风的漂移等的考验。故要合理利用这些量测仪器对惯性导航系统进行修正。

而目前，应用于火星的工程实际中状态估计滤波方法主要有基于泰勒展开的扩展Kalman滤波估计方法和基于sigma点集（为正态分布采样策略）的无迹Kalman滤波方法。但是扩展Kalman滤波适用于动力学系统和量测系统精确可知的条件下。在火星动力下降过程中，火星重力加速度具有一定的不可估计的误差，因此不太适用于火星动力下降段，虽然这种方法还是目前火星探测实际应用中的方法。无迹Kalman滤波方法虽然可以很好地应用非线性Kalman滤波，但是在测量手段有限，测量数据少的情况下，难以对动力学系统误差进行估算和减弱，而且有关学者已经证实无迹Kalman滤波适用于火星探测器状态估计的数据重构，因此该方法也不太适用于火星动力下降段。

基于以上的实际情况，建立了火星动力下降段非线性三步滤波方法，该方法对滤波系统的动力学系统和量测系统的未知误差不敏感，可以很好地应用于火星动力下降段探测器的状态精确估计以满足未来火星的探测任务。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种火星动力下降段非线性三步滤波方法，以减小探测器着陆位置速度误差，提高其精度。

2、技术方案：本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明一种火星动力下降段非线性三步滤波方法，它包括以下步骤：

步骤一、离散型非线性三步方法的动力学系统和量测系统一般形式为

xk+1=f(xk,uk)+Fkxfk+Ekxdk+wkx---(1)]]>