[发明专利]一种小行星探测器着陆姿态的雷达测量方法

摘要

一种小行星探测器着陆姿态的雷达测量方法，首先利用雷达测量三个方向的距离和速度信息，然后利用距离信息获取姿态，再利用速度信息获取姿态，来确认和校正距离信息获取的探测器姿态，最后调整姿态角来控制探测器的降落姿态，使探测器垂直于小行星表面并降落。本发明利用探测器上安装的搜捕测量雷达测量小行星探测器的着陆姿态，减少额外的测姿载荷，信号处理速度快，占用计算空间小，方便实现、精度较高、可靠性高，且避免了光照、推进器喷射气体扬起的尘土对姿态敏感器的不利影响。

主权项

1.一种小行星探测器着陆姿态的雷达测量方法，其特征在于，该雷达测量方法包含以下步骤：步骤1、雷达测量三个方向的距离和速度信息；三个方向是相对于探测器垂直方向等间隔均匀分布，三个方向均匀分布且两两之间夹角固定为θ，与探测器底面垂线的夹角固定且相等；三个方向与小行星表面垂线的夹角θ₁、θ₂和θ₃定义为探测器相对于小行星表面的姿态角；测量得到三个方向的距离r₁、r₂和r₃，以及三个方向的速度v₁、v₂和v₃；步骤2、利用距离信息获取姿态；探测器与小行星表面实际垂直距离无法直接获得，假设为r；根据数学关系可知：(1)式（1）中：r、θ₁、θ₂和θ₃为未知量，r₁、r₂和r₃为雷达测得的三个方向相对于行星表面的距离信息，θ为三个方向之间的固定已知夹角；要得到姿态角θ₁、θ₂和θ₃，需有r、θ₁、θ₂和θ₃之间的具体关系式，根据几何关系可以得到：(2)其中，(3)(4)(5)至此，由式（1）可求出姿态角θ₁、θ₂和θ₃，(6)；由于实际应用中θ₁、θ₂和θ₃均小于θ，而θ < 180^o，所以根据式（6）即可计算得到姿态角θ₁、θ₂和θ₃；步骤3、利用速度信息获取姿态，来确认和校正距离信息获取的探测器姿态；假设探测器实际下降的未知速度为v，则可求得姿态角θ₁、θ₂和θ₃：(7)其中，(8)(9)(10)式（10）中，v₁、v₂和v₃是雷达测得的相对速度信息，D₁、D₅均可由v₁、v₂和v₃和已知量θ求得；步骤4、调整姿态角来控制探测器的降落姿态，使探测器垂直于小行星表面并降落；调整姿态角θ₁、θ₂和θ₃的大小就可以调整探测器的姿态，当保持姿态角θ₁=θ₂=θ₃降落时，即可保证探测器垂直于小行星表面降落。