[发明专利]基于天基自主光学观测的深空目标天体初定轨方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于天基自主光学观测的深空目标天体初定轨方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

未来的小天体(如小行星、彗星等)探测及防御需要实现对天体目标的实时定位。初轨确定，是实现目标天体轨道确定最基本的步骤，通过一定的定轨方法可以实现对目标轨道的初步确定、跟踪及精确定轨，而这必须以定轨方法提供有效的轨道参数为前提。因此，构建可以高效、精确确定目标天体位置和速度的定轨方法是天体监测任务成功的基础。

以往的深空天体定轨均采用地面天文站或近地航天器的方式测量深空天体的角位置信息。地面天文站或近地航天器利用天文望远镜对天体目标进行光学测量，得到其角位置信息，再利用建立的观测方程解算出目标的位置与速度信息，从而确定了其轨道。然而，由于深空目标的远距离造成了测量延迟、观测几何较差，并且由于其它星体的遮挡及地球自转造成测量的不连续性，使得不能实时精确确定深空目标的轨道信息。

为了实时确定目标的轨道信息，需要对目标进行较近距离(0.1AU内)的观测，探测器可以采用飞越或以太阳为中心天体的环绕轨道。由于探测器的位置、速度可以精确确定，因此可以利用光学测量得到的角度信息，并结合牛顿同伦路径跟踪算法，实现对目标天体在日心黄道惯性坐标系下的位置和速度的初步估计，为未来深空天体探测防御任务提供技术支持和参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在深空探测器导航领域实现实时精确获得目标天体的位置和速度信息，公开了一种基于天基自主光学观测的深空目标天体初定轨方法，该方法在降低了初值敏感度的同时，提高了收敛速度、解算成功率和计算效率，进而提高定位效率，此外，本方法的测量装置简单，易于实现。

本发明的一种基于天基自主光学观测的深空目标天体初定轨方法，具体实现步骤如下：

步骤1：将光学导航相机固连在探测器上，当探测器进入巡航段之后或在以太阳为中心的环绕轨道上时，通过光学导航相机捕捉到目标天体，获得探测器对目标天体的测角信息(赤经β，赤纬ε)用于步骤3中解算出目标天体的位置和速度信息。

由于本发明的基于天基自主光学观测的深空目标天体初定轨方法仅需要角度测量信息，测量角度信息只需将光学导航相机固连在探测器上，无需其他复杂测量装置，因而本方法的测量方案简单，易于实现。

步骤2：在日心黄道惯性坐标系下建立目标天体的轨道动力学方程。

在日心黄道惯性坐标系下，目标天体状态X包括位置矢量r＝[x,y,z]^T、速度矢量v=[vx,vy,vz]T=[x·,y·,z·]T.]]>目标天体的轨道动力学方程X·=f(X)]]>为：

r·=v]]>