[发明专利]一种计算双探测器在地外天体表面相对位置的方法

说明书

本发明属于深空测控领域，涉及一种计算双探测器在地外天体表面相对位置的方法。该方法利用地面无线电干涉测量得到的两个探测器赤经差、赤纬差和地外天体数字高程模型，通过循环迭代修正巡视器高程值，计算两个探测器在地外天体表面的北东地相对位置。具有适用范围广，收敛效果好，计算精度高，不需要测距、测速数据，不受探测器视觉可见性约束等优点。

技术领域

本发明涉及深空测控领域，具体涉及一种计算双探测器在地外天体表面相对位置的方法。

背景技术

在月球及深空地外天体着陆巡视探测任务中，“着陆器+巡视器”组合探测模式十分常见。嫦娥三号任务就采用该模式实现了我国对月球的初次着陆勘测，后续发射的嫦娥四号任务也将类似地对月球背面开展探测，而将于2020年发射的我国首次火星探测任务也包含了着陆器和火星车巡视器。在该类任务中，获取着陆器和巡视器精确的相对位置对于工程实施和科学探测至关重要。

在国外月球和火星着陆探测以及我国嫦娥三号任务中，通常采用“视觉+惯导”的组合方法对两个探测器进行相对定位，但视觉方法作用距离有限，当两器之间的视线存在遮挡或者距离太远不可见时，视觉定位方法就无法开展；而单纯的惯导方法则会随时间积累产生巨大的误差(参见Liu，Z.Q.，Di，K.C.，Peng，M.，et al.，2015.High precisionlanding site mapping and rover localization for Chang’e-3 mission.Sci.ChinaPhys.Mech.Astron.58，019601.)。另一种方法是通过地面无线电跟踪测量来计算两者的相对位置，但通常需要测距、测速和干涉测量三种数据综合才能进行定位，测距、测速数据用来约束视向位置关系，而干涉测量数据用来约束横向关系。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种不需要测距和测速数据，不受视觉可见性约束，不存在累积误差的计算双探测器在地外天体表面相对位置的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种计算双探测器在地外天体表面相对位置的方法，包括如下步骤：

步骤一、计算着陆器在地心J2000坐标系中的赤经α_L、赤纬δ_L和着陆器至地心的距离d_L；

步骤二、计算巡视器在地心J2000坐标系中的赤经α_R和赤纬δ_R，并给巡视器至地心的距离d_R赋初值d_L；

步骤三、计算巡视器在地外天体中心固连坐标系中的高程值偏差ΔH；

3.1根据巡视器在地心J2000坐标系中的赤经α_R、赤纬δ_R，和巡视器至地心的距离d_R，计算巡视器在地外天体表面的经度L_R，纬度B_R和高程值H_R；

3.2根据步骤3.1得到的经度L_R和纬度B_R从地外天体数字高程模型中确定巡视器的数字高程值

3.3根据公式计算巡视器在地外天体中心固连坐标系中的高程值偏差ΔH；

步骤四、判断巡视器高程值偏差ΔH是否小于10^-5m；

若ΔH＜10^-5m，跳至步骤五；若ΔH≥10^-5m，则按照公式d_{R_new}＝d_R+K·ΔH，K为调整系数，将巡视器在地心J2000坐标系中的距离值d_R赋值为d_{R_new}后，跳转至步骤三；