[发明专利]多普勒差分测速模型及与X射线脉冲星组合导航的方法

说明书

技术领域

本发明属于深空探测器自主导航技术领域，特别涉及一种多普勒差分测速模型及与X射线脉冲星组合导航的方法。

背景技术

对于深空探测器而言，天文自主导航技术是至关重要的。天文自主导航系统通过测量天文数据获得导航信息。天文导航测量方法包括测角、测距、测速三种方法。在深空探测转移轨道，深空探测器与近天体之间的距离很远，这将导致测角导航方法定位精度很低，无法满足深空探测任务定位高精度的要求。测距导航方法(即X射线脉冲星导航方法)的性能受X射线敏感器面积的限制，精度有限。测速导航方法则利用太阳光谱频移反演深空探测器速度，测速精度很高，可达到1cm/s量级。但该系统不具备完全可观性，无法长时间单独工作，只能作为辅助手段。

2011年《IET Radar,Sonar&Navigation(雷达，声纳与导航)》上发表的学术论文《Doppler/XNAV-integrated navigation system using small-area X-ray sensor(采用小面积X射线敏感器的多普勒/脉冲星组合导航系统)》中，将脉冲星导航与多普勒导航相结合，提出了一种脉冲星与多普勒组合导航方法。该方法能在稳定的太阳光源下提供高精度定位和定速信息。但在实际中，受太阳耀斑、日珥、黑子等干扰因素的影响，太阳光谱并不稳定。这将会导致在某些时段导航测速信息存在较大偏差，进而影响整个组合导航系统的性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种多普勒差分测速模型及将多普勒差分测速模型与X射线脉冲星导航相结合的导航方法，旨在为深空探测器提供高精度的位置和速度信息。

本发明的多普勒差分测速模型所采用的技术方案是：一种多普勒差分测速模型，其特征在于：

首先假设深空探测器在t₁时刻和t时刻的位置分别为r₁和r，火星在t₁时刻的位置和速度分别为r_M和v_M，深空探测器上搭载两个光谱仪，第一光谱仪在t₁时刻测量太阳直射光的光谱频移，第二光谱仪在t时刻测量火星反射太阳光的光谱频移，且t₁和t的关系如下所示：

t-t1=|r-rM|+|rM|-|r|c]]>    (式壹)

其中，c为光速；

基于上述假设，多普勒差分测速模型的建立包括以下步骤：

步骤A1：在t₁时刻之前，根据t和式壹确定t₁的值；

步骤A2：在t₁时刻，利用第一光谱仪获取太阳径向上的多普勒速度v_D1；在t时刻，利用第二光谱仪获取火星径向上的多普勒速度v_D2；

步骤A3：建立多普勒差分测速模型：

Y^s(t)＝h^s(X,t)+ω_v    (式贰)