[发明专利]一种基于小行星序列图像的深空探测器光学导航方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器导航与控制领域，特别是涉及一种基于小行星序列图像的探测器深空光学导航方法。

背景技术

随着深空探测技术的发展，小行星探测已经成为21世纪深空探测的重要内容之一。小行星探测不仅有助于揭开太阳系和生命的起源、演化之谜，而且可促进地球防护、空间科学和空间技术应用的发展，能为更远的深空探测关键技术提供验证，这个过程中，深空探测器的精确导航是保证小行星探测任务顺利实施的基本条件。

早期的探测器深空导航主要采用天文光学导航，其特点是基于星空背景和轮廓图像中心提取导航信息。VoyagerI与VoyagerII是最先尝试天文光学导航的行星际轨道器，1979年VoyagerI与木星相遇的时候测试了天文光学导航技术，其后与土星、天王星、海王星及其卫星的相遇中均进行了应用。喷气推进实验室（JPL）从VoyagerII传回的海王星图像中提取星体轮廓，用椭圆模型进行拟合以确定惯性空间中航行器与目标天体的相对位置，并实现了地面近实时图像导航。DeepSpace1（DS1）是首个试图进行自主天文光学导航的轨道器，作为技术试验任务，DS1在探测小行星Braille以及彗星Borrelly的过程中对自主天文光学导航系统进行了成功验证。

随着现代光学成像和计算机处理能力的提高，特别是近期MRO、LRO、SELENA及中国的嫦娥卫星搭载的高分辨率相机实现了星体表面高精度成像，使得轨道器在目标天体系中的高精度定位成为可能。虽然公开文献中多数方法目前仍然处于试验验证或者数据后处理阶段，但是这种技术已经受到航天先进国家越来越多的青睐，如美国航空航天局（NASA）已经在火星侦察轨道器（MRO）上成功实现了深空轨道器光学自主导航飞行模式，并在新一轮深空探测计划中将其确立为核心技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是给出一种深空探测器与小行星快速交会时，基于小行星交会图像序列的光学导航方法。

本发明包括如下步骤：

1）针对深空探测器在无姿态调整、无轨道维持的自由飞行状态下与小行星的近距离交会模式，当相对运动关系能够用匀速直线平动描述时，则建立基于多视几何理论的三个约束关系：

（1）极点约束：所有小行星序列图像的极点坐标(u_e,v_e)相同，所有反对称矩阵[e_n,m]_×的形式统一表达为[e]_×，且有：

[en,m]×=[e]×=0-1ve10-ue-veue0]]>

对于小行星图像序列中的任意一对图像I_m和I_n所构成的基础矩阵F_m,n统一表达为F，且有：

F_m,n＝F＝[e]_×