一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法
专利汇可以提供一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于深空探测器的制导、导航与控制技术领域，具体公开一种着陆深空天体探测器的 降维 自主导航方法，它包括以下步骤：确定当前时刻探测器相对惯性 坐标系 的 姿态 以及 位置 和速度初值；确定探测器相对天体中心的距离；确定探测器相对惯性坐标系的三维速度；构建 导航系统 的状态量、 状态方程 、观测量、观测方程和测量噪声方差阵；测量噪声方差阵的无量纲化处理和能观度的确定；采用分解变换方法处理测量噪声方差阵、观测方程、观测量和 观测矩阵 ；采用UD协方差分解的 扩展卡 尔曼滤波确定探测器相对天体中心的距离和速度。本发明的方法能够保证自主导航滤波的 稳定性 和提高关键导航参数的收敛速度和估计 精度 。，下面是一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法专利的具体信息内容。
1.根据权利要求1所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)利用陀螺测量的姿态角速度以及加速度计测量的速度增量和轨道初值，确定当前时刻探测器相对惯性坐标系的姿态以及位置和速度初值；
(2)利用测距测速仪测量得到的视线距离确定探测器相对天体中心的距离；
(3)利用测距测速仪测量得到的速度以及测距测速仪三个测速波束安装指向确定探测器相对惯性坐标系的三维速度；
(4)构建导航系统的状态量、状态方程、观测量、观测方程和测量噪声方差阵；
(5)测量噪声方差阵的无量纲化处理和导航参数能观度的确定；
(6)采用分解变换方法处理测量噪声方差阵、观测方程、观测量和观测矩阵，使之适合采用星上可以实现的基于UD协方差分解的滤波算法；
(7)根据步骤(6)确定的观测方程、观测量和观测矩阵，采用UD协方差分解的扩展卡尔曼滤波确定探测器相对天体中心的距离和速度。
2.根据权利要求1所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(1)中确定惯性坐标系的探测器位置和速度的具体步骤为：
采用探测器上的陀螺测量探测器姿态角速度ω，根据前一时刻t0的探测器惯T
性姿态四元素q＝[q1 q2 q3 q4]，确定当前时刻t的探测器本体坐标系与惯性系的姿 态 转 换 阵 其 中，
利用加速度计测量速度增量Δvb和轨道初值，轨道初值包括轨道位置初值rI0、轨道速度初值vI0。确定惯性坐标系的速度增量为 确定探测器的惯性坐标系位置确定探测器的惯性速度 μ为天
体引力常数。
3.根据权利要求2所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(2)中确定探测器相对天体中心的距离的具体步骤为：
利用惯性坐标系的探测器位置，确定探测器相对天体中心方向 根据步骤(1)确定的姿态转换阵CbI，确定探测器相对天体中心方向在本体系的指向为rb0＝CbIrI0；设测距测速仪的一个测距波束在本体坐标系的指向为lb0，确定探测器相对天体中心的方向和测距波束的夹角关系： 由测距测速仪测量得到的视线距离ρ，确定探测器相对天体表面的高度h＝ρcos(θ)，确定探测器相对天体中心的距离为rm＝h+R。
4.根据权利要求3所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(3)中确定探测器相对惯性坐标系的三维速度的具体步骤为：
采用探测器上的测速仪测量三个非共面波束的速度v1，v2，v3以及测速仪三个波束安装指向lb1，lb2，lb3，确定探测器本体坐标系的三维速度 根据速度vb以及步骤(1)确定的姿态转换阵CbI，确定探测器相对惯性坐标系的三维速度vI＝CbIvb。
5.根据权利要求4所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(4)中构建导航系统的状态量、状态方程、观测量、观测方程和测量噪声方差阵的具体步骤为：
T
选取探测器相对天体中心的径向距离r和惯性坐标系的速度v作为状态量X＝[r v]，建立状态方程为
将步骤(2)中得到的探测器相对天体中心的距离rm和步骤(3)中得到的惯性坐标系的探测器三维速度vI作为观测量 建立观测方程为 测量噪声方差
阵为 于是，确定导航观测矩阵
6.根据权利要求5所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(5)中测量噪声方差阵的无量纲化处理和导航参数能观度的确定的具体步骤为
单位距离L定义为天体参考半径，单位速度V定义为以参考半径为半长轴的参考圆轨道上的探测器速度 只需要对测量噪声方差阵R进行无量纲化处理，得到无量纲化的测量噪声方差阵
定义导航系统能观度矩阵 判断能观度矩阵的条件数Cond(G)是否接近1，如果能观度矩阵的条件数是否接近1，则执行步骤(6)，否则执行步骤(4)。
能观度矩阵的条件数接近于1表明导航参数的能观度高。这里的导航参数包括高度和速度信息。
7.根据权利要求6所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(6)中解变换方法处理测量噪声方差阵、观测方程、观测量和观测矩阵的具体步骤为：
T
测量噪声方差阵R是对称正定矩阵，对其进行UD分解，可以得到R＝BDB，R′＝D对角矩阵。
利用变换 确定测量噪声不相关的观测方程z′和观测量z′m及观测矩阵
H′，
8.根据权利要求7所述的一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法，其特征在于：所述的步骤(7)中根据上述步骤(6)确定的观测方程z′、观测量z′m、噪声方差阵R′和观测矩阵H′，采用UD协方差分解的扩展卡尔曼滤波确定探测器相对天体中心的距离和速度 的具体方法为：。
式中，K为UD协方差分解的扩展卡尔曼滤波增益， 为预估的导航参数。
利用修正后的导航参数修正步骤(1)中得到的惯性坐标系的探测器位置
利用修正后的导航参数修正步骤(1)中得到的惯性坐标系的探测器速度
一种着陆深空天体探测器的降维自主导航方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
考半径为半长轴的参考圆轨道上的探测器速度 对于月球，μ＝4902.75×10m/
2
s，V＝1680m/s。只需要对测量噪声方差阵R进行无量纲化处理，得到无量纲化的测量噪声方差阵 计算可得
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