一种基于宇宙粒子探测的航天器自主天文导航方法技术

本发明专利技术涉及一种基于宇宙粒子探测的航天器天文导航方法。首先建立基于宇宙粒子探测的航天器天文导航系统的状态模型和量测模型，并利用宇宙粒子探测器获得宇宙粒子相对于宇宙粒子探测器的到达矢量作为天文导航系统的量测量；建立天文导航系统状态模型，并将三个宇宙粒子源发出的宇宙粒子的到达矢量联立作为天文导航系统的量测模型，采用Unscented卡尔曼滤波方法，估计航天器的位置、速度。本发明专利技术针对深空探测器高精度自主导航的任务需求，研究基于宇宙粒子探测的航天器天文导航方法，为即将开展的天问二号火星探测、木星系探测、以及太阳系边际探测等任务提供理论和技术支持。太阳系边际探测等任务提供理论和技术支持。太阳系边际探测等任务提供理论和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于宇宙粒子探测的航天器自主天文导航方法


[0001]本专利技术属于航天导航
，具体涉及一种基于宇宙粒子探测的航天器天文导航方法。

技术介绍

[0002]航天器导航目前采用无线电测控导航，通过无线电波的接收、发射和处理，测量载体和测控站之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。其特点在于需要发射和接收无线电波，因此易被发现和干扰，且需要测控站进行无线电波的发射与接收，一旦测控站失效，导航系统就无法使用，因此航天器导航迫切需要实现自主导航。天文导航是目前航天器最为重要的一种自主导航方法，天文导航以天体为导航信标，不依赖于其他外部信息，也不向外部辐射能量，通过被动接收天体辐射或反射的光，进而获取导航信息，是一种完全自主的导航方式。
[0003]宇宙粒子主要分为夸克和轻子，分别有三代。第一代夸克有：上夸克(μ子)、下夸克(d子)；第一代轻子有：电子(e子)和中微子(Ve)。第二代和第三代夸克和轻子的性质与第一代相同，但质量更重。在这些宇宙粒子中，第二代轻子中的μ子和第一代轻子中的中微子(Ve)已被应用于导航系统中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于宇宙粒子探测的航天器天文导航方法，其特征在于：建立基于宇宙粒子探测的航天器天文导航系统的状态模型和量测模型，并利用宇宙粒子探测器获得宇宙粒子的到达矢量作为天文导航系统的量测量；考虑多种摄动因素，建立天文导航系统状态模型，并将三个宇宙粒子源发出宇宙粒子的到达矢量联立作为天文导航系统的量测模型，采用无迹卡尔曼滤波方法，估计航天器的位置、速度；具体包括以下步骤：步骤1、建立天文导航系统状态模型：步骤1、建立天文导航系统状态模型：其简写为：式中，X＝[x y z v
x v
y v
z
]
T
为状态模型的状态向量，为X(t)的微分，x，y，z，v
x
，v
y
，v
z
分别为航天器在地球质心为中心的赤道惯性坐标系中三轴的位置和速度；R
e
为地球半径；J2为第二区域系数，其值为0.0010826269；ΔF
x
，ΔF
y
，ΔF
z
为三轴的摄动项，包括地球非球形引力摄动、第三体摄动、大气阻力摄动、太阳光压摄动和其他摄动；f(X,t)是状态模型的系统非线性连续状态转移函数；μ是地心引力常数；r是卫星位置参数矢量；w(t)为天文导航系统状态模型误差；步骤2、建立天文导航系统量测模型：选取三个宇宙粒子源位置点，以地球上的两个宇宙粒子源和太阳为例，测量探测到的宇宙粒子到达矢量，记为l1、l2、l3，结合已知的地球上的两个宇宙粒子源的位置坐标和观测得到的太阳相对地球的位置坐标，l1、l2、l3表示为对应宇宙粒子源的位置坐标减去航天器自身坐标并进行归一化后的结果，表示为：自身坐标并进行归一化后的结果，表示为：自身坐标并进行归一化后的结果，表示为：
其中，x1＝[x
1 y
1 z1]
T
、x2＝[x
2 y
2 z2]
T
、x3＝[x
3 y
3 z3]
T
分别为三个宇宙粒子源的位置坐标，x＝[x y z]
T
为航...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辛，郭煜琪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：