一种行星探测器接近目标过程中相对位置确定方法技术

本发明专利技术涉及一种行星探测器接近目标过程中相对位置确定方法，属于自主导航技术领域。行星探测器在接近目标天体的过程中按指定速度释放无线电信标，通过测量无线电信标与行星探测器之间的距离数据，结合行星探测器携带的光学敏感器提取的探测器相对目标天体位置单位矢量的测量数据，实现探测器相对目标天体位置的确定。本发明专利技术方法能够自主的确定探测器在接近过程中相对目标天体的轨道，计算量小，简单方便，同时由于引入了伴飞无线电信标的测量信息，能够改进了单纯采用目标天体光学测量的观测构型，提高探测器相对目标天体的轨道确定精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于自主导航

技术介绍
随着行星际探测任务的日益增多，探测器飞越、绕飞以及软着陆目标天体已经成为未来深空科学探测的重要任务和课题。为了成功地完成科学考察任务，接近段探测器的相对轨道确定必须具有很高精度，以便探测器在期望的位置到达目标天体。探测器接近段导航精度与探测器所测量的信息类型、测量数据精度以及探测器动力学模型和观测模型的不确定性都有很大关系。探测器接近段导航方法的设计直接决定了探测器所测量信息的类型，设计合理的导航方法是提高探测器的相对轨道确定精度的主要途径。探测器接近段导航方法是直接关系到探测任务完成质量的关键技术，其甚至关系到整个任务的成功与否，因此行星探测器接近段导航方法是当前各国航天科研部门重点发展的研究方向之一。在已发展的行星探测器接近段导航方法中，在先技术(参见C. L. Thornton, J.S.Border. Radiometric tracking techniques for deep space navigation. USA:JohnWiley& sons, Inc. 2003:3Γ53)ο经典的导航方式使用地面站测量数据，通过地面测量站对行星探测器进行跟踪测量，获得探测器相对地面测量站的斜距、斜距变化率以及VLBI测量数据。基于复杂的滤波技术，结合其它星历数据对探测器全状态进行估计。这些技术经过多次飞行任务的验证证明是非常可靠而又具有鲁棒性，但是这种观测需要持续不断的测量，同时不能达到实时处理。在太阳系探测范围内，无线电信号延迟可以达到数小时，该方式无法满足行星探测器接近段的实时性要求。在先技术(参见I Μ. Owen, N. Mastrodemos, B. P. Rush. Optical Navigationfor Deep Impact. Proceedings of the AAS/AIAA Space Flight MechanicsMeeting:Tampa, Florida, January 22-26, 2006:1231 1251)。基于自主光学信息的导航方式由于具有自主性强、精度高、实时性好等优点，成为近年来各国学者研究的热点。其主要实现方式是探测器携带的光学敏感器对目标行星拍照，提取探测器相对目标天体位置单位矢量信息，基于此测量信息确定探测器相对目标天体的轨道。探测器相对目标天体位置单位矢量测量值对垂直相对速度方向状态的改变比较敏感，而视线方向状态不可观测，因此当探测器接近目标天体过程中相对位置和相对速度的夹角很小时，这种导航方法并不能精确确定探测器三轴的相对轨道状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有深空探测器接近段导航方法自主性差、相对轨道确定精度不高的问题，提供了一种行星探测器接近目标过程中的相对位置确定方法。，其技术方案为行星探测器在接近目标天体的过程中按指定速度释放无线电信标，通过测量无线电信标与行星探测器之间的距离数据，结合行星探测器携带的光学敏感器提取的探测器相对目标天体位置单位矢量的测量数据，实现探测器相对目标天体位置的确定。具体包括如下步骤步骤I，在接近任务实施前，确定行星探测器相对目标天体的相对速度矢量其相对速度值为V。步骤2，在行星探测器接近目标天体的任务起始时刻h，利用行星探测器携带的光学敏感器对目标天体拍照，测量得到h时刻探测器相对目标天体的位置单位矢量〃，步骤3，在h时刻，按着指定飞行速度释放无线电信标，使无线电路标对着目标天体飞行。所述指定飞行速度为权利要求1.，其特征在于包括以下步骤步骤I，在接近任务实施前，确定行星探测器相对目标天体的相对速度矢量 ，其相对速度值为V ;步骤2，在行星探测器接近目标天体的任务起始时刻&，行星探测器对目标天体拍照，测量得到h时刻探测器相对目标天体的位置单位矢量為；步骤3，在h时刻，按着指定飞行速度释放无线电信标，使无线电路标对着目标天体飞所述指定飞行速度为2.根据权利要求I所述的，其特征在于所述无线电信标采用X波段、S波段或UHF波段无线电子探测器，与行星探测器进行通信及测量。3.根据权利要求I所述的，其特征在于采用行星探测器携带的光学敏感器对目标天体拍照。全文摘要本专利技术涉及，属于自主导航
行星探测器在接近目标天体的过程中按指定速度释放无线电信标，通过测量无线电信标与行星探测器之间的距离数据，结合行星探测器携带的光学敏感器提取的探测器相对目标天体位置单位矢量的测量数据，实现探测器相对目标天体位置的确定。本专利技术方法能够自主的确定探测器在接近过程中相对目标天体的轨道，计算量小，简单方便，同时由于引入了伴飞无线电信标的测量信息，能够改进了单纯采用目标天体光学测量的观测构型，提高探测器相对目标天体的轨道确定精度。文档编号G01C21/00GK102944238SQ201210499359公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日专利技术者朱圣英, 崔平远, 高艾, 徐瑞, 于正湜, 胡海静 申请人:北京理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种行星探测器接近目标过程中相对位置确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，在接近任务实施前，确定行星探测器相对目标天体的相对速度矢量其相对速度值为v；步骤2，在行星探测器接近目标天体的任务起始时刻t0，行星探测器对目标天体拍照，测量得到t0时刻探测器相对目标天体的位置单位矢量步骤3，在t0时刻，按着指定飞行速度释放无线电信标，使无线电路标对着目标天体飞行；所述指定飞行速度为1-(v→v·n→0)2v;步骤4，在接近过程中的t1时刻，采用行星探测器携带的光学敏感器测量行星探测器与无线电信标之间的距离ρ1；步骤5，在t1时刻，行星探测器对目标天体拍照，测量探测器相对目标天体位置单位矢量步骤6，利用上述步骤的测量值及ρ1，计算t1时刻行星探测器相对目标天体的位置矢量FDA00002491329400011.jpg,FDA00002491329400012.jpg,FDA00002491329400014.jpg,FDA00002491329400015.jpg,FDA00002491329400016.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣英，崔平远，高艾，徐瑞，于正湜，胡海静，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：