[发明专利]一种深空探测自主导航的信息融合方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器制导、导航与控制技术领域，涉及一种深空探测器的自主导航方法，适用于深空探测器对月球、火星、小行星等深空天体的探测任务。

背景技术

对于地外天体软着陆探测器的制导、导航与控制系统来说，获取准确的导航数据是保证着陆器安全软着陆的前提。由于软着陆过程时间短、自主性高，因此已实施的着陆任务以及已计划进行的着陆任务大都采用了基于惯性导航配以测距测速修正的自主导航方式。惯性导航技术依靠陀螺直接测量角速度并积分获得探测器的姿态角，或者用陀螺建立稳定平台并通过框架角获得姿态；依靠加速度计测量比力，并积分获得速度和位置。由于惯性导航是一种外推算法，其导航误差取决于导航初值以及惯性器件的误差，且呈现出随时间不断增长的特点。因此，需要配备有微波或者激光测距或测速敏感器，以对惯性导航进行修正。

为了保证速度信息的高可靠性，一般采用3个及3个以上的测速波束信息，来保证测速信息的冗余。但由于波束测量信息的时间不同步，而且某时刻可能有效波束仅有1～2个，因此已有的利用3个波束测量直接转换为3维速度信息进行修正的导航方法不再可用。而其它采用多个有效测量波束中的每个波束依次修正的导航方式，由于多个波束测量间包含了相互耦合的信息量，就会引起测量信息的重复修正，导致惯性导航信息过修正，引起导航误差增大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种利用正交分解信息的自主导航信息融合方法，通过改进深空着陆探测器自主导航信息的融合结构，提高了自主导航对测量信息时间不同步、过程中出现波束失效等问题的适应性和鲁棒性，从而提高了导航精度，满足地外天体软着陆任务的需要。

本发明的技术解决方案是：一种深空探测自主导航的信息融合方法，包括如下步骤：

（1）在时刻t_u获取着陆器上安装的测距敏感器的测量值ρ_u，同时获取惯性导航系统与t_u最接近的两个时刻t_n-2和t_n-1对应的着陆惯性系下的位置计算值和速度计算值和

（2）利用t_n-2和t_n-1以及对应的和计算得到t_u时刻着陆惯性系下着陆器的位置计算值由此得到根据惯性导航系统输出信息的着陆器相对着陆天体表面的高度其中r_M为对应的着陆天体表面的参考高度；

（3）利用ρ_u直接计算得到根据测距敏感器测量信息的着陆器相对着陆天体表面的高度其中为着陆惯性系下测距敏感器的测量波束指向，为着陆器本体坐标系下测距敏感器的测量波束指向，C_bi为着陆器本体坐标系相对于着陆惯性坐标系的姿态矩阵，符号·表示两个矢量的点乘；

（4）利用步骤（2）和步骤（3）的结果计算得到高度误差δh_u=h_u,radar-h_u,ins，并采用公式对惯性导航系统输出的当前周期的位置r^I进行修正，其中为修正后的位置，高度修正系数的取值在0～1之间，取值大于首次高度修正时对应的高度值，高度修正系数w_h随高度下降逐渐增大；