一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法技术

本发明专利技术公开本发明专利技术提供了一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，其包含：步骤1：将脉冲星观测方程与光学观测方程混合，建立混合观测方程；步骤2：使用深空探测器多体引力模型，以探测器的惯性位置及速度为状态量，建立探测器状态方程；步骤3：构造扩展卡尔曼滤波对探测器的状态进行最优估计计算，得到精确的探测器惯性系下位置与速度。本发明专利技术的方法克服了惯性导航累积误差大的问题，解决了脉冲星导航可观性弱的问题，大大增强了导航系统的可观性，大大减少了导航系统的收敛时间，并有效的提高了导航精度，可直接用于深空探测器的自主控制。

A highly observable optical pulsar hybrid navigation method for deep space detector

The present invention discloses the invention provides a method for deep space detector of high degree of observability of hybrid optical pulsar navigation method, which comprises: Step 1: the pulsar observation equation and observation equation of optical mixing, the establishment of mixed observation equation; step 2: the use of deep space spacecraft multibody gravity model, the inertial position and speed the state detector, a detector state equation; step 3: construct the extended state of Calman filter to detector optimal estimation, get the position and speed detector under accurate inertial system. The method of the invention overcomes the problem of the great error accumulation of inertial navigation, satellite navigation and solves the observability problem of weak pulse, greatly enhance the observability of the navigation system, greatly reduces the convergence time of the navigation system, and effectively improve the navigation accuracy, can be directly used for autonomous control of deep space probe.

【技术实现步骤摘要】
一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法
本专利技术涉及深空探测器导航方法，具体涉及一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，其综合利用该天体的角度观测信息以及脉冲星距离观测信息，以计算深空探测器主精度导航信息。
技术介绍
地面无线电导航能力受限于测控站的分布、器地距离等因素的约束，难以为深探测器提供可负担的高精度实时导航信息。传统的惯性导航由于误差累积效应，并不适于作为主要导航手段。单目标的光学自主导航并非完全可观，此外其难以推广到整个飞行阶段。X射线脉冲星导航技术具有自主性强、抗干扰性好、可以支撑深空探测器全飞行阶段等特点。但脉冲星的X射线信号很弱，较为可行的敏感器方案仅能同时跟踪1～2颗导航脉冲星，只能采用动力学定轨法来确定探测器的轨道信息。由于仅有1个矢量，导致系统局部不可观。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种导航方法，其具有高可观性，能用于深空探测。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，该方法包括如下步骤：步骤1：在深空探测器靠近大天体期间，引入对邻近天体的光学观测量作为补充，将脉冲星观测方程与光学观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：在深空探测器靠近大天体期间，引入对邻近天体的光学观测量作为补充，将脉冲星观测方程与光学观测方程混合，建立混合观测方程；步骤2：使用深空探测器多体引力模型，以探测器的惯性位置及速度为状态量，建立探测器状态方程；步骤3：根据步骤1的观测方程和步骤2的状态方程，构造扩展卡尔曼滤波对探测器的状态进行最优估计计算，得到精确的探测器惯性系下位置与速度；其中，扩展卡尔曼滤波的方程为：

【技术特征摘要】
1.一种用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：在深空探测器靠近大天体期间，引入对邻近天体的光学观测量作为补充，将脉冲星观测方程与光学观测方程混合，建立混合观测方程；步骤2：使用深空探测器多体引力模型，以探测器的惯性位置及速度为状态量，建立探测器状态方程；步骤3：根据步骤1的观测方程和步骤2的状态方程，构造扩展卡尔曼滤波对探测器的状态进行最优估计计算，得到精确的探测器惯性系下位置与速度；其中，扩展卡尔曼滤波的方程为：K(k)＝P(k，k-1)HT(k)[H(k)P(k，k-1)HT(k)+R(k)]-1P(k，k-1)＝Φ(k，k-1)P(k-1)ΦT(k，k-1)+Q(k-1)其中，初始值为P(0，0)＝Var{x(0)}＝Px(0)，式中，已知状态模型噪声的协方差阵E[w(k)w(k)T]＝Q，量测模型噪声的协方差阵E[v(k)v(k)T]＝R，w代表系统模型误差，v代表测量噪声，k代表当前步数，x代表状态量，μ代表引力常数，X代表离散状态量，T代表离散周期，I代表单位阵，Z代表离散观测量，t代表时间。2.如权利要求1所述的用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，其特征在于，所述的脉冲星观测方程为：式中，△Φi脉冲信号的观测相位差，为脉冲视线方向的单位方向矢量，λ为导航脉冲信号一个周期内所传播的距离，ΔNi为脉冲周期整周差值，Δx为航天器与太阳质心之间的距离，i代表脉冲星序号。3.如权利要求2所述的用于深空探测器的高可观度光学脉冲星混合导航方法，其特征在于，所述的光学观测方程为：其中，p，l为目标天体的光心在相机像平面上的坐标，单位是毫米，RcI为相机坐标系相对惯性坐标系的姿态转换矩阵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，阳光，王卫华，苏枫，秦长涛，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31