一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法与流程

技术特征：

1.一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，当火星着陆器着陆于火星表面后，在地面测控站对着陆器跟踪测量的基础上引入环绕器作为中继站，采用双程测量的方式，获取环绕器与着陆器相对位置关系，并将星间测量数据传回地球作为辅助测量，提高着陆器在火星表面的位置精度。

2.根据权利要求1所述的一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，所述环绕器与地面间采用X频段通信，与着陆器间采用UHF频段通信。

3.根据权利要求1所述的一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，所述环绕器和着陆器采用地面无线电导航方式进行跟踪测量，对环绕器采用VLBI测量。

4.根据权利要求1所述的一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，环绕器的轨道参数由地面测控站测量，着陆器的位置精度由环绕器的位置和速度精度决定，着陆器的位置和速度精度越高，着陆器的定位精度越高。

5.根据权利要求1所述的一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，环绕器对着陆器进行双程测速测距，由环绕器发射电磁波信号，经着陆器透明转发后信号传回环绕器，由环绕器将信号传回地球进行处理，由环绕器的多圈测量最终获取着陆器定位精度。

6.根据权利要求5所述的一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，具体实现方法包括如下步骤：

步骤1：确定环绕器与着陆器间的通信弧段，主要考虑两者的无线通信距离ρ和两者视线的可见性，其中取ρ＜4000km；令着陆器到火星质心的位置矢量为着陆器到环绕器的位置矢量为两者间的夹角为α，则环绕器与着陆器之间可通信弧段的条件为：

180-α≥90

考虑到着陆器接收天线存在5°仰角的限制，则最终可通信弧段的条件为：

$\mathrm{\α}={\cos }^{-1}\left(\frac{{\stackrel{\→}{s}}_1\·{\stackrel{\→}{s}}_2}{\left|{\stackrel{\→}{s}}_1\right|\·\left|{\stackrel{\→}{s}}_2\right|}\right)\≤85$

步骤2：在已知环绕器位置和速度基础上，建立环绕器与着陆器间的双程多普勒测速和双程测距，在环绕器与着陆器通信弧段内，双程测速测量方程如下：

${\mathrm{\Δf}}_k=2\frac{f_0}{c}\left|\right|{\stackrel{\→}{V}}_{kr}\left|\right|=2\frac{f_0}{c}\sqrt{v_{rx\_k}^2+v_{ry\_k}^2+v_{rz\_k}^2}+w_f$

为环绕器与着陆器相对径向速度，Δf_k为频移量，f₀为基频，c为光速，w_f为过程测量噪声，该过程噪声包括环绕器轨道误差，大气误差，基频误差，转发设备误差和接收机误差，

双程测距测量方程如下：

$R=\frac{1}{2}{\mathrm{ct}}_R=\sqrt{{(x_i-x_0)}^2+{(y_i-y_0)}^2+{(z_i-z_0)}^2}+w_d$

其中：t_R为总的传播时间，(x_i,y_i,z_i)为环绕器位置，(x₀,y₀,z₀)为着陆器位置，w_d为过程测量噪声，该过程噪声包括环绕器轨道误差，大气误差，时延误差，转发设备误差和接收机误差；

步骤3：考虑着陆器着陆在火星表面后静止状态，在火星固连坐标系下着陆器状态方程简单，X＝[x₀,y₀,z₀],V＝[0,0,0]；

步骤4：获取着陆器与环绕器间的双程多普勒测速和测距量后，采用最小二乘法解算着陆器的位置，并通过环绕器将星间测量数据传回地球作为着陆器定位的辅助信息。

7.根据权利要求6所述的一种基于环绕器的火星着陆器静态定位方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现方法为，根据步骤3的状态方程和步骤2的测量方程，通过最小二乘法获取着陆器位置，由于测量方程是非线性的，通过级数展开进行线性化。