【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于行星大地测量中小行星探测器精密定轨导航，特别是涉及landmark影像数据结合射电数据的多源联合数据对探测器执行精密定轨以及解算行星重力场的新技术方案。
技术介绍
1、小行星探测器精密定轨是指通过定轨流程处理多组观测数据(例如地面光学数据、多普勒数据等)，以观测数据为标准，不断对需要解求的参数迭代更新，最终得到最佳结果的目的。其具体流程为：首先从探测器的初始状态出发，对探测器在绕飞小行星过程中的受力情况进行严密地分析；从而通过积分器得到探测器在各观测时刻的状态量，进一步结合具体的观测模型计算得到相应的理论观测值，最后利用线性最小二乘法对多个时间点的测量估计值来进行迭代求解，达到估值与真值之差最小的目的，并在该过程中计算得到最佳轨道初值(一组开普勒轨道元素：a,e,i,ω,ω,f，或一组三维位置和速度：x,y,z,vx,vy,vz)以及一系列其他物理参数(如：小行星的gm值、重力场系数、行星自转参数和行星表面太阳光压反射系数)。
2、近年来，我国在深空探测领域取得了一系列的成果。从“嫦娥”系列探月工程项目揭开了我国深空探测的序幕后，“天问一号”对火星及火卫一、火卫二进行了多项科学探究，进一步丰富了我国深空探测领域的科学产出。在过去，我国在执行行星精密定轨以及在行星重力场解算的研究中，常用的探测数据为地面光学数据以及地面射电数据。日前，国家航天局进一步指出，在未来10-15年，我国将完成小行星伴飞、绕飞、附着和取样等多项科学任务。同时，这也意味着在任务开展的过程中，将有获得更多探测数据类型的可能，例如影像数
3、landmark影像数据在探测器绕飞小行星的过程中，由探测器上所携带的导航相机或地形相机拍摄所得到。由于landmark直接记录的是小行星表面上的特征点和探测器之间的关系，因此，landmark数据中包含了小行星自身的信息，例如行星自转参数、行星表面太阳辐射压反射系数等。结合目前常用的地面多普勒数据，利用多源融合数据进行探测器精密定轨将实现提高精度。
技术实现思路
1、为了解决我国目前仅利用地面光学或雷达数据执行小行星探测器精密定轨后，所得到的探测器最佳初始轨道以及小行星重力系数等物理参数精度较低，尤其是对行星自转参数的解算精度较低这一问题，本专利技术提出了一种基于landmark影像数据以及地面多普勒融合数据进行小行星探测器精密定轨及小行星重力场系数提取新方案。landmark影像数据直接反应了小行星与探测器之间的关系，因此对于行星自转参数、探测器状态等参数更加敏感。利用这种方案有助于获得精度更高的估测结果，从而保障我国后续顺利执行小行星探测任务。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，包括以下步骤，
3、(1)首先对小行星的几何及物理特性进行分析，计算小行星影响球半径和希尔球半径，用以确定仿真探测器飞行的轨道高度；
4、(2)模拟探测器的各物理参数，包括探测器的质量、横截面积以及绕飞模式，根据步骤(1)所确定的轨道高度、小行星质量以及绕飞模式确定探测器初始时刻轨道六参数，用以得到探测器初始状态；
5、(3)对探测器在绕飞小行星的过程进行力学建模分析；
6、(4)对探测器状态进行积分，得到探测器在不同时刻的位置和速度；
7、(5)结合多普勒数据测量模型，计算得到若干组理论多普勒观测值，在所得理论值的基础上加入相应噪声水平的白噪声；
8、(6)首先结合小行星地面模型随机生成小行星上的若干个地面特征点，再根据landmark测量模型，生成理论的landmark观测值，加入相应噪声水平的白噪声形成仿真观测值；
9、(7)利用步骤(5)和步骤(6)仿真得到的多源数据，使用最小二乘策略对探测器进行精密定轨的同时解算小行星重力场、探测器太阳光压系数以及小行星gm值。
10、而且，步骤(2)中得到探测器初始状态的实现方式包括，按照开普勒定律计算该时刻探测器的位置及速度参数，进行如下子步骤，
11、a)计算平均角速度n：
12、
13、式中，μ为引力常数，a为半长轴，是椭圆轨道长轴的一半，有时可视作平均轨道半径；
14、b)计算偏近点角e：
15、m＝n(t-τ)
16、m＝e-esine
17、式中，m是平近点角，t为观测卫星时刻，τ为卫星通过近地点时刻，e是卫星椭圆轨道的离心率；
18、c)计算真近点角f：
19、
20、d)计算升交角距θ：
21、θ＝f+ω
22、式中，ω是近地点角距；
23、e)求卫星在轨道平面中的坐标
24、
25、式中，r是卫星到中心天体的距离；
26、f)作坐标转换，天球坐标系下的瞬时位置计算公式记为：
27、
28、g)由上式得，行星在天球坐标系下的瞬时速度计算公式为：
29、
30、式中，是行星在天球坐标系下的瞬时速度。
31、而且，对探测器在绕飞小行星的过程进行力学建模分析时，考虑中心天体引力、八大行星摄动里、主带行星中质量较大的小行星摄动、太阳辐射压以及相对论效应。
32、而且，步骤(6)中生成landmark观测值实现方式包括进行如下子步骤，
33、a.根据小行星的地形模型，在其表面均匀选择n×n个地面点，并得到这n×n个地面点在体固系下的坐标；
34、b.判断通视情况，包括两个步骤：①首先需要判断卫星和地面点是否在同一侧，其次，在满足条件①基础上，条件②需要判断地面点是否位于相机视场范围内；
35、c.最后，根据landmark观测模型，计算得到理论观测坐标对。
36、而且，判断通视情况的实现过程包括进行如下子步骤，
37、a)单次拍摄中，根据小行星中心至相机的距离rcam_comet以及小行星的等效半径r计算探测器与地面点通视的最大角θmax：
38、
39、b)逐个计算每个小行星中心至地面点的矢量与rst_comet小行星中心点至探测器之间的夹角θ，若θ<θmax则表示地面点与探测器位于同一侧，若不满足上述条件，则在当前时刻不保留该地面点，
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1.一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，其特征在于：步骤(2)中得到探测器初始状态的实现方式包括，按照开普勒定律计算该时刻探测器的位置及速度参数，进行如下子步骤，
3.根据权利要求1所述的一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，其特征在于：对探测器在绕飞小行星的过程进行力学建模分析时，考虑中心天体引力、八大行星摄动里、主带行星中质量较大的小行星摄动、太阳辐射压以及相对论效应。
4.根据权利要求1所述的一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，其特征在于：步骤(6)中生成landmark观测值实现方式包括进行如下子步骤，
5.根据权利要求4所述的一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，其特征在于：判断通视情况的实现过程包括进行如下子步骤，
6.根据权利要求4所述的一种基于影像数据的小行星探测器精密定轨方法，其特征在于：根据landmark观测模型，计算得到理论观测坐标对的实现过程包括进行如下子步骤，
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