基于互测信息的多航天器自主导航方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于自主导航领域，具体涉及了一种基于互测信息的多航天器自主导航方法、系统及装置，旨在解决现有技术的自主导航方法中无法完全不依赖地面探测信息进行自主导航的问题。本发明专利技术包括：先选取具备唯一性的航天器组，然后通过无量纲的形式构建航天器动力学模型，再基于此航天动力学模型计算航天器各时刻参考的状态量，通过计算表示观测量和状态量偏差的测量‑状态关系模型对航天器的实际状态量进行修正得到航天器的精确状态量。本发明专利技术通过选取具备唯一性的航天器组对航天器航行过程构建航天器动力学模型，解决了现有技术中航天器导航技术中求解矩阵容易出现的秩亏的问题，实现了完全不依赖地面探测信息的航天器自主导航。

【技术实现步骤摘要】
基于互测信息的多航天器自主导航方法、系统及装置
本专利技术属于自主导航领域，具体涉及了一种基于互测信息的多航天器自主导航方法、系统及装置。
技术介绍
自主导航是航天器导航领域的一个重要研究内容，尤其是在深空探测任务中，地面测控系统的实时性不一定能够满足任务要求，自主导航几乎是深空航天器必备的导航手段。航天器自主导航的方式有多种，比如利用太阳、月球、地球、小行星、脉冲星等自然天体进行导航，这类天体是非合作目标，测量精度有限，并且在深空探测任务的转移段，小行星这类天体不一定能够经常遇到。另外，受制于测量模型等原因，传统利用自然天体进行导航的方法可能会出现不收敛或收敛较慢的情况。所以传统自主导航的方式一般作为地面测控的备份或辅助手段，实际工程中还是以地面测控为主，自主导航为辅的方式。随着航天任务的增多，航天器数量急剧增长，这无疑给地面测控带来了更大的压力。利用同一个引力场下的两个或多个航天器之间的相对信息进行自主导航时，如果没有地面测控的辅助就会出现秩亏问题导致定位失败：两个或多个航天器在同一个中心天体附近，其整体构型具有中心对称性——把所有航天器同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互测信息的多航天器自主导航方法，其特征在于，所述自主导航方法包括：步骤S10，选取整体构型具备唯一性的n个航天器作为待测航天器组，通过互测的方式获取所述待测航天器组中每个航天器的初始观测量并通过每个航天器自身携带的惯导设备获取初始状态量；步骤S20，基于所述待测航天器组的初始状态量构建各待测航天器动力学模型；步骤S30，基于所述待测航天器动力学模型和初始状态量计算各待测航天器的参考轨道，基于所述参考轨道获取各待测航天器各时刻的参考状态量；步骤S40，通过互测的方式获取所述待测航天器组中各待测航天器的当前观测量，所述当前观测量包括待测航天器两两之间的相对距离和相对速度；步骤S50，基...

【技术特征摘要】
1.一种基于互测信息的多航天器自主导航方法，其特征在于，所述自主导航方法包括：步骤S10，选取整体构型具备唯一性的n个航天器作为待测航天器组，通过互测的方式获取所述待测航天器组中每个航天器的初始观测量并通过每个航天器自身携带的惯导设备获取初始状态量；步骤S20，基于所述待测航天器组的初始状态量构建各待测航天器动力学模型；步骤S30，基于所述待测航天器动力学模型和初始状态量计算各待测航天器的参考轨道，基于所述参考轨道获取各待测航天器各时刻的参考状态量；步骤S40，通过互测的方式获取所述待测航天器组中各待测航天器的当前观测量，所述当前观测量包括待测航天器两两之间的相对距离和相对速度；步骤S50，基于各待测航天器当前时刻的参考状态量和当前观测量，构建各待测航天器的测量-状态关系模型；步骤S60，基于所述测量-状态关系模型修正所述初始状态量，得到精确状态量。


2.根据权利要求1所述的基于互测信息的多航天器自主导航方法，其特征在于，所述整
体构型具备唯一性的判定方法为方法A或方法B；所述方法A包括：步骤A10，将待判定航天器
编号，编号为的航天器t时刻的状态矢量为：其中，为待判定航天器总
个数，[]为编号为的航天器t时刻的位置矢量，[]为编号为的航
天器t时刻的速度矢量；将所述个航天器组成为第一航天器小组，其t时刻状态量矢量为：
步骤A20，将与第一航天器小组完全不同的个航天器组成第二航天器小组，所述第二
航天器小组t时刻状态量矢量为：
步骤A30，将第一航天器小组和第二航天器小组组成第一待判定组，若第一待判定组中
非唯一性判别式可以成立，则判定为不具备唯一性，重新选择其他个航天器组成小组进
行判断；若所述非唯一性判别式不成立，则认定第一待判定组具备唯一性，并将第一待判定
组设定为待测航天器组；所述非唯一性判别式为：



其中，第一航天器小组的系数为由表示旋转的矩阵组成的的分块对角
矩阵，加上由常数平移矩阵和零子矩阵组成的的列向量；所述方法B包
括：选取多个航天器组成第二待判定组，若第二待判定组的各航天器的主要引力来源对应
的中心天体不完全相同，则认定第二待判定组具备唯一性，并将第二待判定组设定为待测
航天器组。


3.根据权利要求2所述的基于互测信息的多航天器自主导航方法，其特征在于，所述待
测航天器动力学模型，其构建方法为：步骤C10，基于所述待测航天器组和待测航天器组中
各待测航天器的主要引力来源对应的中心天体构建限制性三体运动模型；所述限制性三体
运动模型包括，当前的待测航天器，视作质点的两个主要引力来源对应的中心天体和；所述中心天体和的质量分别为和；以中心天体和运动的共同质心为
原点建立坐标系，以指向的方向作为轴的方向，以和运动平面上与轴垂
直的方向作为轴，以沿和运动的角动量方向作为轴，轴、轴和轴形成右手坐标
系；步骤C20，将所述限制性三体运动模型进行归一化处理；采用无量纲形式定义归一化系
统的质量、长度及时间单位：其中，为和质心之间的距离，为万有引力常数，为和相对运动的角速度；
采取归一化处理以后，中心天体的质量可表示为，对应的的质量为，二者
对应的表达式为：
得到归一化后的限制性三体运动模型；步骤C30，基于所述归一化后的限制性三体运动
模型建立待测航天器动力学模型：
其中，和为质心旋转坐标系中航天器相对于和的归一化坐标矢量，，。


4.根据权利要求1所述的基于互测信息的多航天器自主导航方法，其特征在于，步骤
S50包括：步骤S51，获取时刻的当前观测量：
其中，为待测试组中第个航天器与第个航天器之间的相对距离，为待
测试组中第个航天器与第个航天器之间的相对速度；步骤S52，基于当前时刻的参考状
态量计算参考观测量；其中，F表示参考状态量和参考观测量之间的关系函数，所述关系函数F的表达式为：

其中，，，，分别为第个航天器的实际状
态量在，，方向上的位置分量，，，，分别为第个航天器的实际状态量在，，
方向上的位置分量，，，，分别为第个航天器的实际状态量在，，方向上的速
度分量，，，，分别为第个航天器的实际状态量在，，方向上的速度分量；所述实
际状态量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云财，衣样，张松涛，韩柠，杨伟光，刘辉，董炀，胡晓赛，李敬一，李伟楠，
申请(专利权)人：北京控制与电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11