[发明专利]基于在线估计的木星探测器测角/测距组合导航方法

说明书

本发明提供了一种基于在线估计的木星探测器测角/测距组合导航方法，首先分别以探测器的位置和速度和木星的位置和速度作为系统状态量，根据轨道动力学建立系统状态模型，再通过测角敏感器获得星光角距量测量，通过X射线脉冲星探测器获得脉冲到达时间量测量，根据星光角距量测量和脉冲到达时间量测量分别建立星光角距量测模型和脉冲到达时间量测模型，使用无迹卡尔曼滤波在线估计修正木星的位置和速度，并获得探测器的位置和速度估计信息，本发明抑制了木星星历误差对导航精度的影响，为木星探测器提供高精度的位置及速度估计信息，对木星探测器自主导航具有重要的实际意义。

技术领域

本发明涉及深空探测器自主导航技术领域，特别涉及一种基于在线估计的木星探测器测角/测距组合导航方法。

背景技术

我国于2020年7月23日发射了我国首次火星探测任务-天问一号，开展我国首次真正的行星探测，并计划一次性完成“绕、落、巡”三大任务。随着我国运载火箭和其他深空探测技术的发展和经济实力的提高，后续还将逐步开展金星、木星等探测任务。

对于行星探测任务而言，导航精度对于任务的成败有着重要的影响。目前主要通过地面测控站为探测器提供导航信息，这种方法可以满足大部分的近地空间任务需求，但在进行较远距离的深空探测任务时，地面无线电测控主要存在通信时延长、可能受日凌和天体遮挡等干扰导致导航中断、运行成本高等三方面的问题，难以满足未来深空探测任务对高精度实时导航的需求。因此，提高探测器的自主导航能力对行星探测器而言是必要的。

目前技术最成熟的自主天文导航是天文测角导航，这种方法的优点是瞬时定位精度高，可提供探测器相对目标天体的方向信息。但是，探测器与天体间距离越远，测角导航的定位精度越低，此外该方法无法直接提供探测器相对目标天体的距离信息。脉冲星测距导航可以为探测器提供高精度的定位信息，且导航精度不受探测器与天体间位置的影响。但是，对于木星探测任务而言，由于当前的测量水平有限，木星星历含有较大误差，量级约为数十公里，因此无法准确获得木星相对太阳的位置，影响导航精度。

发明内容

本发明提供了一种基于在线估计的木星探测器测角/测距组合导航方法，其目的是为了解决木星星历误差对导航精度的影响的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种基于在线估计的木星探测器测角/测距组合导航方法，包括：

步骤1，将探测器的位置和速度和木星的位置和速度作为系统状态量，根据轨道动力学建立系统状态模型；

步骤2，通过测角敏感器获得星光角距量测量；

步骤3，根据星光角距量测量建立星光角距量测模型；

步骤4，通过X射线脉冲星探测器获得脉冲到达时间量测量；

步骤5，根据脉冲到达时间量测量建立脉冲到达时间量测模型；

步骤6，通过无迹卡尔曼滤波在线估计修正木星的位置和速度，获得探测器的位置和速度估计信息。

其中，所述步骤1具体包括：

将探测器的位置和速度和木星的位置和速度作为系统状态量，如下所示：

其中，X_p＝[r_p v_p]^T，r_p表示探测器相对木星的位置，v_p表示探测器相对木星的速度矢量，X_j＝[r_j v_j]^T，r_j表示木星相对太阳的位置，v_j表示木星相对太阳的速度矢量。

其中，所述步骤1还包括：

系统状态方程，如下所示：