[发明专利]一种替换结合外推的着陆导航方法

摘要

一种替换结合外推的着陆导航方法，适用于航天探测器的地外天体着陆过程的高度与速度导航。在着陆初期采用惯性导航与测量敏感器加权折中的方法进行探测器着陆高度和速度的确定；在着陆末期的特定高度以下，采用测量敏感器的测量信息直接进行探测器着陆高度和速度的确定，并在测量信息更新的间隔内采用惯性导航外推进行高度和速度的确定。使用该方法，可显著的改善着陆高度和速度的导航精度，并保证探测器的导航数据的更新率及数据平滑性。

主权项

1.一种替换结合外推的着陆导航方法，其特征在于步骤如下：1）通过地面测定轨获得探测器在惯性系下初始t₀时刻的位置和速度2）通过安装在探测器上的加速度计测量得到任意t_i时刻发动机推力产生的在探测器本体坐标系下的加速度其中i=0,1,2…n；3）通过安装在探测器上的星敏和陀螺获得任意t_i时刻探测器本体在惯性系下的姿态矩阵4）根据步骤3）中获得的姿态矩阵以及步骤2）中得到的由发动机推力产生的加速度将发动机推力产生的加速度从探测器本体坐标系转换到惯性系下，表示为5）根据公式设初值为t₀时刻的位置和速度结合步骤4）求得的t_n时刻之前发动机推力在惯性系下产生的加速度计算获得探测器在惯性系下当前时刻t_n的位置和速度其中是按照天体引力模型得到的探测器在位置处受到的引力加速度；6）将步骤5）中得到的位置的绝对值与已知的天体表面高度相减获得探测器当前时刻t_n的相对于天体表面的高度h_l；将步骤5）中得到的速度与天体自转产生的天体表面速度相减即获得探测器当前时刻t_n相对天体表面的运动速度7）当不能通过敏感器直接获取探测器在当前时刻t_n相对天体表面的高度测量值和速度测量值时，则将步骤6）求得的高度h_l和运动速度作为探测器在当前时刻t_n相对天体表面的高度和运动速度；并将得到的探测器相对天体表面高度h_l与已知的天体表面高度相加获得探测器在惯性系下当前时刻t_n的位置的绝对值，并将此绝对值以及运动速度作为步骤5）中新的初值，本方法完成；当能够通过探测直接获取探测器在当前时刻t_n相对天体表面的高度测量值和速度测量值时；则进入步骤8）；8）通过安装在探测器本体的测距敏感器和测速敏感器，测量获得探测器在当前时刻t_n相对天体表面的高度测量值h_m和速度测量值9）当探测器相对天体表面高度大于h^*时，探测器相对于天体表面在当前时刻t_n的高度值h_n=k_h(h_n-1)h_l+(1-k_h(h_n-1))h_m；探测器在当前时刻t_n相对于天体表面的速度值当探测器相对天体表面高度小于h^*时，探测器在当前时刻t_n相对于天体表面的高度值h_n=h_m；探测器在当前时刻t_n相对于天体表面的速度值其中k_h(h_n-1)是高度h_n-1的函数，具有随h_n-1增加而逐渐减小的特性；是速度的函数，具有随绝对值增加而逐渐减小的特性；所述的h^*的具体数值根据飞行轨迹和测量敏感器特性确定；10）将步骤9）中得到的探测器相对天体表面高度h_n与已知的天体表面高度相加获得探测器在惯性系下当前时刻t_n的位置的绝对值，并将具有此绝对值的以及步骤9）中求得的运动速度作为步骤5）中新的初值。