[发明专利]火星探测器中继通讯可见弧段自主判别及驱动控制方法

说明书

本发明公开了一种火星探测器中继通讯可见弧段自主判别及驱动控制方法，包含深空探测过程中自主可通讯弧段的判别方法以及中继天线的驱动控制算法，利用中继通讯可见弧段器上自主判别方法，确定可中继通讯弧段的位置，规划姿态机动策略，保障探测器在中继通讯前提前机动到对火姿态；利用深空探测中继通讯驱动机构控制算法，实时产生控制指令驱动中继天线，保障在较短的中继通讯可见弧段内探测器与着陆器通讯成功。本发明具有保证探测器在到达中继轨道后能够根据着陆器位置信息自主判别中继通讯可见弧段，可提前规划姿态机动策略并计算中继通讯驱动机构控制指令，实现对着陆器的中继通讯的优点。

技术领域

本发明涉及地外天体探测姿态控制技术，特别涉及针对火星探测中继通 讯姿态机动和驱动控制，提高探测器中继通讯姿态机动及驱动控制能力的一 种火星探测器中继通讯可见弧段自主判别及驱动控制方法。

背景技术

针对我国2020年执行的自主火星探测，在环火段释放着陆器，探测器进 入中继轨道后，着陆器易被火星及其他天体遮挡，无法直接与地面通讯，因 此着陆器需要借助环绕器进行中继通讯来传输试验数据和图像，再由环绕器 将其传回地球。由于火星与地球距离远、测控通讯延迟大以及易被其他天体 遮挡等因素，地面也很难直接上注驱动控制指令来控制中继天线的驱动；另 外由于火星的自转和环绕器绕火星的轨道运动，环绕器保持长期对日姿态， 着陆器不能始终保持在中继通讯可见弧段内。

发明内容

为了保证在有限的中继通讯时间内，环绕器和着陆器可以成功得实施中 继通讯，环绕器应当能够自主进行中继通讯可见弧段的判别，并提前规划姿 态机动策略，保证环绕器能够在预定位置提前姿态机动到对火姿态，并驱动 中继天线指向着陆器开始中继通讯。

本发明提供了一种火星探测器中继通讯可见弧段自主判别及驱动控制方 法，通过中继通讯可见弧段自主判别算法，以及二维天线驱动机构控制算法， 确保环绕器与着陆器能够成功实施中继通讯。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种火星探测器中继通讯可见弧段自主判别及驱动控制方法，包含以下 过程：用中继通讯可见弧段器上自主判别方法，确定中继通讯弧段的位置， 规划姿态机动策略，保障探测器在中继通讯前提前机动到对火姿态；利用深 空探测中继通讯驱动机构控制算法，实时产生控制指令驱动中继天线，保障 在较短的中继通讯可见弧段内探测器与着陆器成功通讯。

优选地，所述中继通讯可见弧段器上自主判别方法包含以下过程： 计算着陆器在火星惯性坐标系下的位置矢量计算姿态环绕器在火星惯 性坐标系下的位置矢量判断着陆器是否在环绕器可见弧段内，若判断 结果为否，则保持当前对日姿态；若判断结果为是，则将对日姿态通过姿态 机动为对火姿态。

优选地，所述中继通讯可见弧段器上自主判别方法进一步包含以下过程： 通过由地面获得的着陆器降落在火星表面的经度为α_l，纬度为β_l，火星的半 径R_M作为输入，计算着陆器在火星固连系的位置矢量为

通过火星固连坐标系到火星惯性坐标系的转换矩阵R_Mg2Mi，得到着陆器在火 星惯性系下的位置矢量

通过器上自主递推，得到当前时刻环绕器在火星惯性系的位置

优选地，所述中继通讯可见弧段器上自主判别方法中判断着陆器是否在 环绕器可见弧段内进一步包含以下过程：

当环绕器指向着陆器的位置矢量与火星质心到着陆器位置矢量正交时，得到 在可见弧段内，火星质心到环绕器位置矢量与火星质心到着陆器位置矢量的 夹角θ₁的最大值为