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    一種行星探測器接近目標過程中相對位置確定方法技術

    技術編號:8365775 閱讀:355 留言:0更新日期:2013-02-28 02:14
    本發明專利技術涉及一種行星探測器接近目標過程中相對位置確定方法,屬于自主導航技術領域。行星探測器在接近目標天體的過程中按指定速度釋放無線電信標,通過測量無線電信標與行星探測器之間的距離數據,結合行星探測器攜帶的光學敏感器提取的探測器相對目標天體位置單位矢量的測量數據,實現探測器相對目標天體位置的確定。本發明專利技術方法能夠自主的確定探測器在接近過程中相對目標天體的軌道,計算量小,簡單方便,同時由于引入了伴飛無線電信標的測量信息,能夠改進了單純采用目標天體光學測量的觀測構型,提高探測器相對目標天體的軌道確定精度。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及,屬于自主導航

    技術介紹
    隨著行星際探測任務的日益增多,探測器飛越、繞飛以及軟著陸目標天體已經成為未來深空科學探測的重要任務和課題。為了成功地完成科學考察任務,接近段探測器的相對軌道確定必須具有很高精度,以便探測器在期望的位置到達目標天體。探測器接近段導航精度與探測器所測量的信息類型、測量數據精度以及探測器動力學模型和觀測模型的不確定性都有很大關系。探測器接近段導航方法的設計直接決定了探測器所測量信息的類型,設計合理的導航方法是提高探測器的相對軌道確定精度的主要途徑。探測器接近段導航方法是直接關系到探測任務完成質量的關鍵技術,其甚至關系到整個任務的成功與否,因此行星探測器接近段導航方法是當前各國航天科研部門重點發展的研究方向之一。在已發展的行星探測器接近段導航方法中,在先技術(參見C. L. Thornton, J.S.Border. Radiometric tracking techniques for deep space navigation. USA:JohnWiley& sons, Inc. 2003:3Γ53)ο經典的導航方式使用地面站測量數據,通過地面測量站對行星探測器進行跟蹤測量,獲得探測器相對地面測量站的斜距、斜距變化率以及VLBI測量數據。基于復雜的濾波技術,結合其它星歷數據對探測器全狀態進行估計。這些技術經過多次飛行任務的驗證證明是非常可靠而又具有魯棒性,但是這種觀測需要持續不斷的測量,同時不能達到實時處理。在太陽系探測范圍內,無線電信號延遲可以達到數小時,該方式無法滿足行星探測器接近段的實時性要求。在先技術(參見I Μ. Owen, N. Mastrodemos, B. P. Rush. Optical Navigationfor Deep Impact. Proceedings of the AAS/AIAA Space Flight MechanicsMeeting:Tampa, Florida, January 22-26, 2006:1231 1251)。基于自主光學信息的導航方式由于具有自主性強、精度高、實時性好等優點,成為近年來各國學者研究的熱點。其主要實現方式是探測器攜帶的光學敏感器對目標行星拍照,提取探測器相對目標天體位置單位矢量信息,基于此測量信息確定探測器相對目標天體的軌道。探測器相對目標天體位置單位矢量測量值對垂直相對速度方向狀態的改變比較敏感,而視線方向狀態不可觀測,因此當探測器接近目標天體過程中相對位置和相對速度的夾角很小時,這種導航方法并不能精確確定探測器三軸的相對軌道狀態。
    技術實現思路
    本專利技術的目的在于針對現有深空探測器接近段導航方法自主性差、相對軌道確定精度不高的問題,提供了一種行星探測器接近目標過程中的相對位置確定方法。,其技術方案為行星探測器在接近目標天體的過程中按指定速度釋放無線電信標,通過測量無線電信標與行星探測器之間的距離數據,結合行星探測器攜帶的光學敏感器提取的探測器相對目標天體位置單位矢量的測量數據,實現探測器相對目標天體位置的確定。具體包括如下步驟步驟I,在接近任務實施前,確定行星探測器相對目標天體的相對速度矢量其相對速度值為V。步驟2,在行星探測器接近目標天體的任務起始時刻h,利用行星探測器攜帶的光學敏感器對目標天體拍照,測量得到h時刻探測器相對目標天體的位置單位矢量〃,步驟3,在h時刻,按著指定飛行速度釋放無線電信標,使無線電路標對著目標天體飛行。所述指定飛行速度為權利要求1.,其特征在于包括以下步驟步驟I,在接近任務實施前,確定行星探測器相對目標天體的相對速度矢量 ,其相對速度值為V ;步驟2,在行星探測器接近目標天體的任務起始時刻&,行星探測器對目標天體拍照,測量得到h時刻探測器相對目標天體的位置單位矢量為;步驟3,在h時刻,按著指定飛行速度釋放無線電信標,使無線電路標對著目標天體飛所述指定飛行速度為2.根據權利要求I所述的,其特征在于所述無線電信標采用X波段、S波段或UHF波段無線電子探測器,與行星探測器進行通信及測量。3.根據權利要求I所述的,其特征在于采用行星探測器攜帶的光學敏感器對目標天體拍照。全文摘要本專利技術涉及,屬于自主導航
    行星探測器在接近目標天體的過程中按指定速度釋放無線電信標,通過測量無線電信標與行星探測器之間的距離數據,結合行星探測器攜帶的光學敏感器提取的探測器相對目標天體位置單位矢量的測量數據,實現探測器相對目標天體位置的確定。本專利技術方法能夠自主的確定探測器在接近過程中相對目標天體的軌道,計算量小,簡單方便,同時由于引入了伴飛無線電信標的測量信息,能夠改進了單純采用目標天體光學測量的觀測構型,提高探測器相對目標天體的軌道確定精度。文檔編號G01C21/00GK102944238SQ201210499359公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日專利技術者朱圣英, 崔平遠, 高艾, 徐瑞, 于正湜, 胡海靜 申請人:北京理工大學本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種行星探測器接近目標過程中相對位置確定方法,其特征在于:包括以下步驟:步驟1,在接近任務實施前,確定行星探測器相對目標天體的相對速度矢量其相對速度值為v;步驟2,在行星探測器接近目標天體的任務起始時刻t0,行星探測器對目標天體拍照,測量得到t0時刻探測器相對目標天體的位置單位矢量步驟3,在t0時刻,按著指定飛行速度釋放無線電信標,使無線電路標對著目標天體飛行;所述指定飛行速度為1-(v→v·n→0)2v;步驟4,在接近過程中的t1時刻,采用行星探測器攜帶的光學敏感器測量行星探測器與無線電信標之間的距離ρ1;步驟5,在t1時刻,行星探測器對目標天體拍照,測量探測器相對目標天體位置單位矢量步驟6,利用上述步驟的測量值及ρ1,計算t1時刻行星探測器相對目標天體的位置矢量FDA00002491329400011.jpg,FDA00002491329400012.jpg,FDA00002491329400014.jpg,FDA00002491329400015.jpg,FDA00002491329400016.jpg

    【技術特征摘要】

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:朱圣英崔平遠高艾徐瑞于正湜胡海靜
    申請(專利權)人:北京理工大學
    類型:發明
    國別省市:

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