[发明专利]一种深空着陆几何定轨定姿方法、系统及深空着陆器

权利要求书

1.一种深空着陆几何定轨定姿方法，其特征在于包括：

(1)、确定着陆器相对于火星的方向矢量，根据所述方向矢量得到着陆器相对于火星中心的距离；

(2)、根据所述着陆器相对于火星中心的距离和火星半径求解得到着陆器距离火星表面的高度；

(3)、建立惯性坐标系x_Iy_Iz_I，其中z_I为火星的中心指向着陆器的位置方向，得到惯性坐标系到体坐标系的姿态矩阵；

(4)、根据所述惯性坐标系到体坐标系的姿态矩阵、着陆器相对于火星的方向矢量和着陆器距离火星中心的距离求解得到着陆器的惯性位置；根据所述惯性坐标系到体坐标系的姿态矩阵、着陆器的惯性位置和测速敏感器观测量求解得到着陆器的惯性速度；

其中，确定着陆器相对于火星的方向矢量在体坐标系下表示的具体方法如下：

(1.1)由测距敏感器的测量几何得到如下公式：

其中：r为着陆器相对于火星中心的位置矢量，为测距敏感器波束指向的方向矢量，l为测距敏感器观测量，R_m为火星半径，下标i对应第i个测距波束，上标B表示投影在体坐标系下；

(1.2)记着陆器的位置矢量在体坐标系为：

其中：为单位矢量满足：

r＝‖r‖为着陆器距离火星中心的距离；

(1.3)将代入步骤(1.1)中公式展开，并归一化得到：

其中：ρ_ix、ρ_iy和ρ_iz分别为第i个测距敏感器的波束指向在体坐标系下投影的三轴分量，也即

(1.4)求解得到着陆器相对于火星的方向矢量在体坐标系下表示。

2.根据权利要求1所述的深空着陆几何定轨定姿方法，其特征在于：所述步骤(1.4)中求解得到着陆器相对于火星的方向矢量在体坐标系下表示的具体方法如下：

(1.4.1)、从N个波束中选择4个非共面波束，得到如下公式，其中N为正整数，且N≥4：

将式(5)进行变换得到：

其中：

将式(6)的第一式分别除以第二式和第三式得到：

其中：

b_123x＝a_12xa₁₃₀-a_13xa₁₂₀

b_123y＝a_12ya₁₃₀-a_13ya₁₂₀

b_123z＝a_12za₁₃₀-a_13za₁₂₀

b_124x＝a_12xa₁₄₀-a_14xa₁₂₀

b_124y＝a_12ya₁₄₀-a_14ya₁₂₀

b_124z＝a_12za₁₄₀-a_14za₁₂₀

利用消去法得到：

其中:

将式(8)代入式(3)求解出

(1.4.2)、将式(9)代入式(8)中求解出和