[发明专利]一种深空探测器软着陆自主光学导航方法

摘要

本发明涉及一种深空探测器软着陆自主光学导航方法，属于航天航空领域。本发明首先读取目标着陆点在光学导航相机所拍摄的图像平面上对应的像元和像线坐标，以及探测器分别在三个激光测距仪安装方向上与着陆平面之间的距离；其次利用所得到的三个激光测距仪测得的距离，以及已知的测距仪的安装方位角及俯仰角，确定探测器相对目标天体着陆平面的姿态；再次利用得到的三个激光测距仪测得的距离di以及目标着陆点的像元和像线坐标，确定探测器与目标着陆点之间的位置关系；最后对探测器相对着陆区的位置、速度、姿态以及角速度信息进行滤波估计。本发明具有高可靠性、低成本、强实时性的特点，可以高精度地确定探测器相对目标着陆点的位置、姿态状态。

主权项

1.一种深空探测器软着陆自主光学导航方法，其特征在于：采用三套激光测距仪和一部导航相机，确定探测器相对目标天体表面的状态，包括如下步骤：步骤1，读取目标着陆点在光学导航相机所拍摄的图像平面上对应的像元p和像线l坐标，以及探测器分别在三个激光测距仪安装方向上与着陆平面之间的距离d_i；步骤2，利用步骤1得到的三个激光测距仪测得的距离d_i，以及已知的测距仪的安装方位角及俯仰角θ_i，确定探测器相对目标天体着陆平面的姿态；利用三个激光测距仪的测量数据d_i(i＝1，2，3)和测距仪的安装方位角及俯仰角θ_i，构建三个测距矢量其中为三个激光测距仪的测距矢量。利用这三个测距矢量，确定着陆平面法线在探测器本体坐标系下的指向，即着陆平面的单位法向量n→=(n→2-n→1)×(n→3-n→1)|(n→2-n→1)×(n→3-n→1)|]]>步骤3，利用步骤1得到的三个激光测距仪测得的距离d_i以及目标着陆点的像元p和像线l坐标，确定探测器与目标着陆点之间的位置关系；探测器相机坐标系下目标着陆点的位置矢量可表示为ρ→=dp2+l2+f2plf]]>其中d为探测器与目标着陆点之间的距离，可以通过激光测距仪指向方向与目标着陆点之间的几何关系进行构建：d=13Σi=13n→·n→in→·n→pdi]]>其中n→p=plfT/p2+l2+f2]]>为目标着陆点在探测器相机坐标系下的单位方向矢量；步骤4，在步骤2、步骤3得到的探测器相对目标着陆点的姿态及位置的基础上利用导航滤波器进行滤波后得到探测器的速度及角速度信息在分别解算出代表相对姿态、位置信息的着陆平面的单位法向量和目标着陆点的位置矢量后，结合探测器着陆动力学，利用导航滤波器，在抑制观测噪声与系统噪声影响的同时，得到对探测器相对着陆点的速度以及角速度更为精确信息；至此完成了对深空探测器软着陆的自主光学导航过程。