基於tds與圖像測量的行星動力下降段導航方法
2024-04-06 21:04:05
基於tds與圖像測量的行星動力下降段導航方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於TDS與圖像測量的行星動力下降段導航方法，屬於深空探測【技術領域】。在動力下降段，著陸器導航系統的慣性單元用於航位遞推，是基礎敏感器；利用TDS上的都卜勒雷達，直接獲得著陸器距目標行星表面三個波束方向的距離和相對速度，然後解算出著陸器的高度以及在著陸點固連坐標系三軸方向上的速度；導航相機作為視覺輔助導航敏感器，精確測量著陸區域不同特徵點視線方向間的夾角，特徵點位置相對著陸點已知，視線夾角包含著陸器相對著陸點的水平位置信息，大大提高了著陸器的水平位置精度。
【專利說明】 基於TDS與圖像測量的行星動力下降段導航方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於TDS與圖像測量的行星動力下降段導航方法，屬於深空探測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]未來火星探測需要著陸器實現定點軟著陸。動力下降段是著陸器的主要受控階段，通過一定的制導算法可以控制著陸器飛往預定目標點，實現精確點著陸，而這必須以導航系統提供的精確位置和速度信息為前提。因此，構建可以精確確定著陸器位置和速度的導航方案是定點著陸任務成功的基礎。
[0003]以往的火星著陸任務在動力下降段均採用雷達高度計測量著陸器的高度信息，對速度的信息的測量則不盡相同。火星探測漫遊者(MER)利用下降圖像估計系統(DMES)對水平速度進行估計，「鳳凰號」任務、火星探路者任務以及更早的「海盜號」任務均採用了都卜勒雷達對水平速度進行估計。火星科學實驗室(MSL)搭載了下降敏感器(TDS)，由不同波束方向的都卜勒雷達集合而成，可以確定出著陸器的高度和速度。然而，目前的導航敏感器均無法測得著陸器相對目標點的水平位置，以致於著陸器在動力下降段有較大的水平位置誤差，制導系統也就無法控制著陸器實現定點著陸。
[0004]導航相機是目前自主導航系統中應用較廣的敏感器，可以獲得著陸器相對目標點的位置和速度信息。但是圖像識別與處理過程繁瑣，耗時多，對星載計算機要求高，因此難以單獨使用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為獲得動力下降段著陸器準確的位置和速度信息，結合行星動力下降段的導航問題，結合下降敏感器、導航相機、慣性單元，提出一種基於TDS和圖像測量的導航方案，用以確定著陸器的高度、速度及相對目標點的位置信息，為未來火星精確軟著陸任務導航方案設計提供技術支持和參考。
[0006]在動力下降段，著陸器導航系統的慣性單元用於航位遞推，是基礎敏感器；所述TDS上有三波束都卜勒雷達，直接獲得著陸器距目標行星表面三個波束方向的距離和相對速度，然後解算出著陸器的高度以及在著陸點固連坐標系三軸方向上的速度；所述導航相機安裝在著陸器上，作為視覺輔助導航敏感器，精確測量著陸區域不同特徵點視線方向間的夾角，特徵點位置相對著陸點已知，視線夾角包含著陸器相對著陸點的水平位置信息，大大提高了著陸器的水平位置精度。
[0007]本發明的技術方案具體包括如下步驟:
[0008]步驟1:建立行星動力下降段的著陸器狀態模型。
[0009]在著陸點固連坐標系下，著陸器狀態X包括位置矢量r=[x, y, ζ]τ、速度矢量V= [vx, vy, VJT、姿態四元數q=[qi，q2, q3, Q4]、加速度計漂移# = [K, K C]'陀螺常值漂移,=[<，b0;' 動力下降段的著陸器狀態模型太=/(#為:
【權利要求】
1.基於TDS與圖像測量的行星動力下降段導航方法，其特徵在於:具體包括如下步驟: 步驟1:建立行星動力下降段的著陸器狀態模型； 在著陸點固連坐標系下，著陸器狀態X包括位置矢量r=[x，y，z]T、速度矢量V= [vx, vy, νζ]τ、姿態四元數q=[qi，q2, q3, Q4]、加速度計漂移瘳= [<，K陀螺常值漂移#=[€，b；力」％動力下降段的著陸器狀態模型上=/(#為:
2.根據權利要求1所述的基於TDS與圖像測量的行星動力下降段導航方法，其特徵在於:η > 3。
【文檔編號】G01C21/24GK103438890SQ201310400657
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】朱聖英, 秦同, 崔平遠, 高艾, 徐瑞 申請人:北京理工大學