[发明专利]行星接近段导航性能快速评估方法在审

专利信息
申请号: 201811485798.8 申请日: 2018-12-06
公开(公告)号: CN109341725A 公开(公告)日: 2019-02-15
发明(设计)人: 崔平远;王硕;秦同;朱圣英;徐瑞 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: G01C25/00 分类号: G01C25/00
代理公司: 北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙) 11639 代理人: 邬晓楠
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 导航性能 快速评估 行星 平面坐标系 导航系统 协方差 探测器 评估 协方差分析 导航误差 方案设计 工程问题 观测方程 技术支持 快速计算 深空探测 线性误差 行星探测 状态方程 观测量 直观 参考
【权利要求书】:

1.行星接近段导航性能快速评估方法,其特征在于:包括如下步骤,

步骤1:建立B平面坐标系下探测器的状态方程;

步骤2:建立B平面坐标系下的观测方程;

步骤3:基于步骤1建立的B平面坐标系下探测器的状态方程和步骤2建立B平面坐标系下的观测方程,通过线性误差协方差分析快速计算导航系统的误差协方差,利用误差协方差评估导航系统精度,从而实现对行星接近段导航性能进行快速评估。

2.如权利要求1所述的行星接近段导航性能快速评估方法,其特征在于:步骤1具体实现方法为,

B平面坐标系是深空探测行星接近过程中常用的参考坐标系统;其原点位于目标天体中心,由S、T、R三个坐标轴构成;探测器接近行星的轨道为双曲轨道,双曲轨道入射的渐近线方向即为S轴的指向,通过目标天体中心且垂直于S轴的平面即为B平面,T轴在目标天体公转轨道与B平面的交线上,R轴与S轴和T轴构成右手直角坐标系;探测器在B平面坐标系下的位置矢量为r,速度矢量为v,探测器位置矢量r在S轴下的分量远大于其在B平面上的分量,所以在B平面坐标系下,接近探测器相对于火星的位置和速度向量能够近似表示为:

式中,分别为S、T、R轴的单位方向矢量,rs,BT,BR分别为位置矢量在S、T、R轴上的分量;式(1)表明在B平面坐标系下,探测器运动简化为单轴上的变速直线运动;定义B平面坐标系下探测器的状态向量为xB=[rS,vS,BT,BR]T,则B平面坐标系下的探测器状态方程表示为:

式中,μ为目标天体的万有引力常数,w为未建模噪声,为零均值的高斯白噪声。

3.如权利要求2所述的行星接近段导航性能快速评估方法,其特征在于:

步骤2具体实现方法为,

在行星接近段,建立B平面坐标系下通用的观测方程如式(3)所示;

z=h(xB)+υ (3)

式中,z为敏感器的观测量,υ为测量噪声,为零均值的高斯白噪声。

4.如权利要求3所述的行星接近段导航性能快速评估方法,其特征在于:

步骤3具体实现方法为,

tk时刻探测器的状态为xB(tk),系统噪声为wk,观测噪声为υk,状态误差协方差矩阵为Pk,则根据离散黎卡提方程,tk+1时刻的误差协方差矩阵Pk+1的求解如式(4)~(8)所示;

xB(tk+1)=xB(tk)+f(xB(tk))T (4)

Pk+1,k=ΦT(tk,tk+1)PkΦ(tk,tk+1)+Qk (5)

其中,xB(tk+1)为tk+1时刻的预估状态,Φ(tk,tk+1)为tk时刻到tk+1时刻的状态转移矩阵,如式(9)所示;

I为单位矩阵,T为时间间隔,Qk=E[wkwkT]为系统噪声矩阵,Rk+1=E[υk+1υk+1T]为观测噪声矩阵;

式(4)~(9)即为误差协方差矩阵随时间的递推方程,通过误差协方差矩阵的变化评估导航系统精度,从而实现对行星接近段导航性能进行快速评估。

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