火星大气制动轨道确定方法
【专利摘要】本发明提供一种火星大气制动轨道确定方法，包括如下步骤：采集探测器自身敏感器数据；分析加速度计、星敏、陀螺数据并建立大气密度近似模型；对加速度计和激光雷达高度计建立近似模型；估计探测器的位置和速度。本发明将采用探测器携带的惯性测量单元和激光雷达高度计的测距信息进行信息融合，采用扩展卡尔曼滤波算法对导航系统进行滤波，实现大气制动段的轨道确定。与现有方法相比，克服了地面测控时延大、代价高昂，且避免了传统的近地点时间估计不准导致探测器的损毁等问题，具有算法代价低，估计精度高，并且收敛速度快的特点，能够精确估计大气制动的轨道。
【专利说明】火星大气制动轨道确定方法
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明涉及轨道确定技术，尤其是火星大气制动过程的轨道确定，具体涉及一种 火星大气制动轨道确定方法。
【背景技术】
[0003] 火星大气密度的不确定性是影响大气制动策略实施的重要因素，气动力导致探测 器向过低高度飞行时，如果不及时进行轨道纠正会导致探测器的烧毁，因此在大气制动轨 道确定是一项重要的技术。
[0004] 在大气减速度段，探测器在火星低空飞行，由大气影响、减速和控制带来的姿态限 制以及热防护和阻力面遮挡，会影响探测器与外界的通信困难甚至形成信号黑障区；而且， 热防护的阻挡，以及大气层等离子体等作用，使得天文导航失效，图像匹配等导航也难以发 挥作用。传统的火星大气制动技术采用頂U测量单元和深空探测网跟踪阻力过程前后的数 据实现轨道确定，这将耗费大量的人力和财力。因此，业界需要一种新的火星大气制动轨道 确定方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种火星大气制动轨道确定的方法，基于采用扩展卡尔曼 滤波算法对系统进行滤波，从而确定探测器的轨道，以便能够实现高精度的大气制动过程 的轨道确定，满足探测器安全运行的要求。
[0006] 为达到上述
【发明内容】
，本发明的火星大气制动轨道确定方法是通过以下的技术方 案实现的，包括如下步骤：1)采集探测器自身敏感器数据；2)分析加速度计、星敏、陀螺数 据并建立大气密度近似模型；3)对加速度计和高度计建立近似模型；4)估计探测器的位置 和速度。
[0007] 进一步，所述步骤2)中结合探测器的气动数据计算当前探测器大气的密度，选取 的火星大气基础模型为：
【权利要求】
1. 一种火星大气制动轨道确定方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 采集探测器自身敏感器数据； 2) 分析加速度计、星敏、陀螺数据并建立大气密度近似模型； 3) 对加速度计和高度计建立近似模型； 4) 估计探测器的位置和速度。
2. 如权利要求1所述的火星大气制动轨道确定方法，其特征在于，所述步骤2)中结合 探测器的气动数据计算当前探测器大气的密度，选取的火星大气基础模型为：
采用最小二乘法拟合获得近拱点密度和密度标高。
3. 如权利要求1所述的火星大气制动轨道确定方法，其特征在于，所述步骤3)中对先 分析加速度计测量值中的力，包括大气阻力、太阳光压、探测器气体泄漏推力非保守力；建 立加速度计近似数学模型：
其中：G是探测器的阻力系数，』为探测器的有效迎流面积，m为探测器的质量，K 是探测器相对于火星大气的速度。
4. 如权利要求1所述的火星大气制动轨道确定方法，其特征在于，所述步骤3)中通过 安装在探测器本体上的高度计确定出探测器在在惯性坐标系下的位置矢量，建立高度计模 型为：
其中：A为测量斜距，为火星半径，火星中心在探测器本体坐标系下的位置矢量 R = [z0 %]。
5. 如权利要求1所述的火星大气制动轨道确定方法，其特征在于，所述步骤4)中以加 速度计和高度计作为测量值，根据探测器的动力学和运动学模型，结合加速度计和高度计 建立的测量模型，利用扩展卡尔曼滤波器进行大气制动轨道确定。
6. 如权利要求1所述的火星大气制动轨道确定方法，其特征在于，所述步骤4)中探测 器的位置和速度估计方法为： 将火星大气密度扩充为状态量之一，则状态向量为 火星大气制动轨道确定的状态方程为：
测量模型可表示为：
3. 一 3 +"h | + T|| r = r + b r + η v 式中h和l为加速度计、陀螺和高度计常值漂移，η,和&为测量噪声，得到状态方程 和测量方程后，利用扩展卡尔曼滤波即可估计出探测器的位置和速度。
【文档编号】G01C21/02GK104251701SQ201310258660
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】侯云亿, 王厚浩, 王钦, 董丰, 谭天乐, 贺亮 申请人:上海新跃仪表厂