专利名称：一种月球重力方向的自主确定方法
技术领域：
本发明属于航天深空探测月球着陆测量领域，具体涉及一种月球重力方向的自主 确定方法。
背景技术：
月面软着陆最终阶段，着陆器必须调整姿态以保证推力方向与月面重力方向相 反，着陆腿末端所在平面与月球重力方向垂直。如何在着陆最终阶段自主确定出月球重力 方向是确保安全着陆的首要前提。地球附近的着陆返回器主要采用伞降系统完成软着陆，由气动外型设计保证稳定 性，不需要直接测量重力方向。但月面没有大气，该方法也不适用于月面着陆任务。飞行器在轨确定重力方向常规方法是使用光学敏感器直接测量，如地平仪或紫外 月球敏感器。但必须得保证中心天体的边缘出现在视场内，这一要求在月球软着陆的最终 阶段无法得到满足，所以该方法也不适用于月面着陆任务。飞行器确定重力方向的另一种方法就是采用惯性姿态敏感器和轨道数据对重力 方向进行确定。即由惯性姿态敏感器确定飞行器的惯性姿态，同时通过星上自主轨道外 推获得卫星在惯性空间的位置信息，两者相融合即可获得重力方向在卫星本体坐标系的指 向。可用于月面着陆任务。该方法的一个主要缺点在于重力方向确定的环节与影响因素多， 惯性姿态的确定误差和惯性位置的确定误差联合决定了重力方向确定的准确性。这种方法 受地面初始测定轨误差、轨道模型误差的影响，同时受着陆雷达的距离、速度测量精度的影 响、受月面地形的影响、受加速度测量误差、惯性姿态确定的绝对误差的影响、受滤波算法 及计算误差的影响。此外，由于该方法至少需要从下降初始段即开始做姿态与轨道积分外 推，时间较长，受惯性敏感器非随机漂移的影响显著。因此，这种重力方向的确定方法环节 多、分析复杂、误差因素也多。
发明内容
本发明的目的是提供一种月球重力方向的自主确定方法，该方法仅在着陆的最终 阶段使用，应用时间短、计算简单、即仅需直接采用多普勒雷达及陀螺加计的测量信息进行 简单运算，不需要初始定轨信息、不需要绝对惯性姿态、不需要做轨道外推计算。本发明是这样实现的，一种月球重力方向的自主确定方法，它包括以下几个步骤，1)在着陆器应配置至少具有三个测量波束的着陆用多普勒雷达，配置至少3个两 两不共面的陀螺，配置至少3个两两不共面的加速度计；2)记在t时刻，着陆用多普勒雷达的测量值在着陆器本体坐标系的表示为仏《，着 陆器本体系到月心惯性系的姿态转移矩阵为cIBn ；记在to时刻，着陆用多普勒雷达的测量 值在着陆器本体坐标系的表示为，着陆器本体系相对于月心惯性系的姿态转移矩阵为 Cibo ；在t0至t时刻之间计算机每周期采集的加速度测量信息在着陆器本体坐标的表示记为‘,，则月球重力方向在着陆器本体的表示为
权利要求
1. 一种月球重力方向的自主确定方法，其特征在于它包括以下几个步骤，1)在着陆器应配置至少具有三个测量波束的着陆用多普勒雷达，配置至少3个两两不 共面的陀螺，配置至少3个两两不共面的加速度计；2)记在t时刻，着陆用多普勒雷达的测量值在着陆器本体坐标系的表示为& ，着陆器 本体系到月心惯性系的姿态转移矩阵为CIBn ；记在to时刻，着陆用多普勒雷达的测量值在 着陆器本体坐标系的表示为Ao，着陆器本体系相对于月心惯性系的姿态转移矩阵为Cibci ； 在to至t时刻之间计算机每周期采集的加速度测量信息在着陆器本体坐标的表示记为 ^b,，则月球重力方向在着陆器本体的表示&ο为
全文摘要
本发明属于航天深空探测月球着陆测量技术，提出了一种在轨自主测量月球重力方向的方法。本发明提出了一种月球重力方向的自主确定方法。该方法仅在着陆的最终阶段使用，应用时间短、计算简单，仅需直接采用多普勒雷达及陀螺加计的测量信息进行简单运算，不需要初始定轨信息、不需要绝对惯性姿态、不需要做轨道外推计算。该方法所涉及的环节少、简单明了，精度有所保证。
文档编号G01C21/24GK102116631SQ20091021697
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者于萍, 张洪华, 梁俊, 程铭, 袁利, 赵宇 申请人:北京控制工程研究所