基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法技术

本发明专利技术提供了一种基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法，包括以下步骤：步骤一：火星探测器在接近火星过程中，调整探测器姿态，使光学导航敏感器指向火星；步骤二：光学导航敏感器对火星、火卫一、火卫二成像；步骤三：利用中心点提取技术对导航图像进行处理，确定导航目标源中心，获取导航目标源相对于火星探测器的视线方向。本发明专利技术可满足未来火星探测自主导航任务需求，为深空探测器高精度自主导航提供了良好的技术手段。

【技术实现步骤摘要】
基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法
本专利技术涉及一种火星接近段光学导航数据解算方法，具体地，涉及一种基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法。
技术介绍
火星探测任务飞行距离远、持续时间长，探测对象和探测环境存在大量未知和不确定性，无线电导航的精度和实时性随探测器与地面站之间距离的增加而降低，且存在因通信盲区导致的导航数据不连续等问题，无法完全满足火星探测特殊飞行阶段(如制动捕获段)的导航需求。为此，亟需开展火星光学自主导航方法研究。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法，其可满足未来火星探测自主导航任务需求，为深空探测器高精度自主导航提供了良好的技术手段。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：火星探测器在接近火星过程中，调整探测器姿态，使光学导航敏感器指向火星；步骤二：光学导航敏感器对火星、火卫一、火卫二成像；步骤三：利用中心点提取技术对导航图像进行处理，确定导航目标源中心，获取导航目标源相对于火星探测器的视线方向；步骤四：调整火星探测器姿态，持续跟踪观测火星、火卫一、火卫二，获取观测信息；步骤五：结合天体星历、探测器姿态、轨道动力学模型，采用导航滤波算法，实时估计火星探测器的位置和速度信息。优选地，所述光学导航敏感器通过注数进行安装矩阵修正。优选地，所述光学导航敏感器在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处开机工作。优选地，所述光学导航敏感器拍摄的星图均由星载计算机自主进行导航解算。优选地，所述光学导航敏感器能够对所拍摄的背景星图进行处理，提取出姿态信息。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术充分利用宇宙空间的自然资源，实现了火星接近段连续自主、实时高精度导航，解决了地面无线电导航方法在火星接近过程中的通信时延、损耗和跟踪盲区等问题，可满足未来火星探测关键阶段自主导航任务需求，为深空探测器高精度自主导航提供了良好的技术手段。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法的流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法包括以下步骤：步骤一：火星探测器在接近火星过程中，调整探测器姿态，使光学导航敏感器指向火星；步骤二：光学导航敏感器对火星、火卫一、火卫二成像；步骤三：利用中心点提取技术对导航图像进行处理，确定导航目标源(火星、火卫一、火卫二)中心，获取导航目标源相对于火星探测器的视线方向；步骤四：调整火星探测器姿态，持续跟踪观测火星、火卫一、火卫二，获取观测信息；由火星和火卫视线信息得到观测方程，可表示为式(1)Z＝h(X(t),t)+v(t)(1)式中：Z为观测量；X为状态量；h为量测方程；V为观测噪声。步骤五：根据探测器受力情况，建立火星阶段段轨道动力学模型，即状态方程：式中：F为系统方程；X为状态量；ω为系统噪声。考虑探测器在捕获段受力情况，有：式中：a0为火星二体引力加速度；ai为第i个大天体引起的点质量摄动加速度，N为大天体数量；为火星引力场J2项引起的摄动加速度；aR为太阳光压引起的摄动加速度。步骤六：联合状态方程及观测方程，并结合天体星历、探测器姿态，采用导航滤波算法，实时估计火星探测器的位置和速度信息。光学导航敏感器可以通过注数进行安装矩阵修正，进一步提高火星接近段器上光学自主导航精度。具体来说，在进行导航数据解算时，需要光学导航敏感器的安装矩阵和探测器器相对于日心惯性系的姿态信息，器上可以通过注数进行安装矩阵修正。光学导航敏感器在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处开机工作，有效弥补了地面无线电导航在火星接近段中的连续性、实时性、自主性等不足，可作为器上轨道递推的备份定轨手段。光学导航敏感器拍摄的星图均由星载计算机自主进行导航解算，完全不依赖于地面站，自主性强。光学导航敏感器能够对所拍摄的背景星图进行处理，在获取探测器位置、速度信息的同时，可提取出探测器姿态信息。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：火星探测器在接近火星过程中，调整探测器姿态，使光学导航敏感器指向火星；步骤二：光学导航敏感器对火星、火卫一、火卫二成像；步骤三：利用中心点提取技术对导航图像进行处理，确定导航目标源中心，获取导航目标源相对于火星探测器的视线方向；步骤四：调整火星探测器姿态，持续跟踪观测火星、火卫一、火卫二，获取观测信息；步骤五：结合天体星历、探测器姿态、轨道动力学模型，采用导航滤波算法，实时估计火星探测器的位置和速度信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于安装矩阵修正的火星接近段光学导航数据解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：火星探测器在接近火星过程中，调整探测器姿态，使光学导航敏感器指向火星；步骤二：光学导航敏感器对火星、火卫一、火卫二成像；步骤三：利用中心点提取技术对导航图像进行处理，确定导航目标源中心，获取导航目标源相对于火星探测器的视线方向；步骤四：调整火星探测器姿态，持续跟踪观测火星、火卫一、火卫二，获取观测信息；步骤五：结合天体星历、探测器姿态、轨道动力学模型，采用导航滤波算法，实时估计火星探测器的位置和速度信息。2.根据权利要求1所述的基于安装矩阵修正的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，张恒，方宝东，陈晓，杜洋，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31