[发明专利]一种小天体着陆初始对准方法、其相对导航基准确定方法及装置

说明书

本发明提供了一种小天体着陆初始对准方法、其相对导航基准确定方法及装置，属于深空探测制导导航与控制领域。所述确定方法包括：获取小天体表面待着陆区域的三维高程图；根据所述三维高程图拟合所述待着陆区域所在的平面；根据拟合的平面，确定所述待着陆区域的法线n在成像敏感器坐标系{c}下的单位矢量n_c；根据所述待着陆区域的法线n在成像敏感器坐标系{c}下的单位矢量n_c确定小天体着陆相对导航基准{p}。本发明提高了相对导航基准的准确性和可靠性，避免了仅利用三个特征点来表征着陆区域的地形地貌导致的基准误差。

技术领域

本发明涉及一种小天体着陆初始对准方法、其相对导航基准确定方法及装置，属于深空探测制导导航与控制领域。

背景技术

对于小天体(如小行星、彗星等)的近距离着陆探测，小天体表面的精细特征事先是未知且不确定的，其表面引力也非常微弱。因此，针对小天体的近距离下降着陆过程无法像大天体那样通过精确星历建立导航基准，然后沿重力方向下降并最终实现软着陆，而只能依靠探测器上的导航敏感器自主建立相对参考基准。

对于小天体运距离接近过程，通常是利用探测器上的导航敏感器获取小行星的视线方向，并以此为参考接近小行星。而对于近距离下降和着陆过程，小天体往往已经充满导航敏感器视场，无法再获取小天体的视线方向，此时就需要建立小天体表面局部地形的相对导航基准，并且让探测器在下降过程中始终跟踪这一基准，从而达到相对位置和姿态精确控制的目的，确保着陆安全。

目前，一种典型的策略是利用光学导航相机和激光测距仪对小天体表面着陆区域内预先选定的三个特征点进行平面二维成像和距离测量，通过求解三个位置矢量确定着陆参考坐标系，并通过卡尔曼滤波来估计探测器的在该坐标系下的位置、速度和姿态信息。该方法虽给出了近距离下降着陆过程的参考基准，但由于仅利用三个特征点来表征着陆区域的地形地貌，导致导航基准误差大、可靠性低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种小天体着陆初始对准方法、其相对导航基准确定方法及装置，提高了相对导航基准的准确性和可靠性，避免了仅利用三个特征点来表征着陆区域的地形地貌导致的基准误差。

为实现以上发明目的，本发明包括如下技术方案：

一种小天体着陆相对导航基准的确定方法，包括：

获取小天体表面待着陆区域的三维高程图；

根据所述三维高程图拟合所述待着陆区域所在的平面；

根据拟合的平面，确定所述待着陆区域的法线n在成像敏感器坐标系{c}下的单位矢量n_c；

根据所述待着陆区域的法线n在成像敏感器坐标系{c}下的单位矢量n_c确定小天体着陆相对导航基准{p}。

在一可选实施例中，所述根据所述三维高程图拟合所述待着陆区域所在的平面，包括：

根据所述三维高程图确定各像素点对应的成像敏感器坐标系{c}下的位置矢量p_m；

根据所述各像素点的位置矢量p_m，拟合出所述成像敏感器坐标系{c}下的所述待着陆区域所在的平面。

在一可选实施例中，所述根据所述待着陆区域的法线n在成像敏感器坐标系{c}下的单位矢量n_c确定小天体着陆相对导航基准{p}，包括：

建立以所述小天体质心O_a为球心、以探测器星下点附近一特征点P到所述球心的距离为半径的假想天球，并基于所述假想天球定义天东北坐标系{r}；

根据所述天东北坐标系{r}与所述成像敏感器坐标系{c}的关系，确定所述待着陆区域的法线n在天东北坐标系{r}下的单位矢量n_r；