[发明专利]一种行星着陆过程惯导基准快速重建方法

说明书

一种行星着陆过程惯导基准快速重建方法，属于航天器自主导航技术领域，包括如下步骤：S1、建立第一惯性基准坐标系，利用着陆器的惯性测量单元输出的角度增量进行姿态外推，获得着陆器的惯性姿态；S2、对着陆器的高度进行估计，对着陆器的天底向量进行第一状态估计；S3、根据着陆器的测速敏感器测量的速度和S1中所述的着陆器的惯性姿态，对着陆器的天底向量进行第二状态估计；S4、利用S2中所述高度估计和着陆器的天底向量第一状态估计、S3中所述着陆器的天底向量的第二状态估计，获得行星着陆过程的天底向量最终估计值，重建着陆器在行星着陆过程中的惯导基准。本发明方法对两种天底向量进行融合，有效地提高了基准重建的收敛速度。

技术领域

本发明涉及一种行星着陆过程惯导基准快速重建方法，属于航天器自主导航技术领域。

背景技术

火星探测任务的进入、降落与着陆段(Entry，Descent，and Landing，简称EDL)是火星探测器近7亿千米旅途的最后6、7分钟，是火星表面探测任务的关键阶段，也是最困难的阶段。EDL技术也是火星表面探测任务的关键技术之一。从火星探测器以2万千米每小时的速度进入火星大气开始，经历大气减速，降落伞拖拽，动力减速等一系列的阶段，最终为了确保安全精确地降落在火星表面。火星探测的失败案例中较多是由于火星着陆器在下降着陆过程中出现意外，导致整个探测任务的失败。苏联的火星-6于1973年08月05日发射，着陆器在下降期间出现故障，失去了与地球的联系；美国1999年01月03日发射的火星极地着陆器，在着陆下降期间通信丧失，着陆器坠毁；欧空局在2003年6月2号发射的火星快车/猎兔犬-2的火星着陆器也在着陆过程中坠毁。可见火星着陆探测EDL过程技术是保证任务成功的关键技术，需要深入展开研究。

在EDL过程伞降过程中，动态极高，而且无法建立完善的动力学模型进行分析。这一过程的高动态导致IMU极易饱和甚至出现故障，而一段IMU出现饱和故障，将丧失姿态基准。而目前的着陆任务中在根据测距信息计算高度信息的，利用了惯导的姿态基准。一旦姿态丧失基准，高度信息解算错误就会影响任务的成功实施。2016年欧空局ExoMars火星任务的着陆器就是因为IMU出现饱和使得姿态基准丧失，造成了高度计算错误引发GNC指令执行错误，最终导致着陆器坠毁。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种行星着陆过程惯导基准快速重建方法，包括如下步骤：S1、建立第一惯性基准坐标系，利用着陆器的惯性测量单元输出的角度增量进行姿态外推，获得着陆器的惯性姿态；S2、对着陆器的高度进行估计，对着陆器的天底向量进行第一状态估计；S3、根据着陆器的测速敏感器测量的速度和S1中所述的着陆器的惯性姿态，对着陆器的天底向量进行第二状态估计；S4、利用S2中所述高度估计和着陆器的天底向量第一状态估计、S3中所述着陆器的天底向量的第二状态估计，获得行星着陆过程的天底向量最终估计值，重建着陆器在行星着陆过程中的惯导基准。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种行星着陆过程惯导基准快速重建方法，包括如下步骤：

S1、建立第一惯性基准坐标系，在第一惯性基准坐标系下利用着陆器的惯性测量单元输出的角度增量进行姿态外推，获得着陆器的惯性姿态；

S2、对着陆器的高度进行估计，对着陆器的天底向量进行第一状态估计；

S3、根据着陆器的测速敏感器测量的速度和S1中所述的着陆器的惯性姿态，对着陆器的天底向量进行第二状态估计；

S4、利用S2中所述高度估计和着陆器的天底向量第一状态估计、S3中所述着陆器的天底向量的第二状态估计，获得行星着陆过程的天底向量最终估计值，重建着陆器在行星着陆过程中的惯导基准。

优选的，S2中利用最小二乘算法，对着陆器的高度进行估计，对着陆器的天底向量进行第一状态估计。

优选的，S3中利用滑动滤波方法，对着陆器的天底向量进行第二状态估计。