[发明专利]行星接近段导航性能快速评估方法

说明书

本发明公开的行星接近段导航性能快速评估方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法如下：建立探测器在B平面坐标系下的简化状态方程，以及观测量相对探测器在B平面坐标系下状态的观测方程，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。本发明能够对行星接近段导航性能进行快速评估，且能够直观地评估导航误差，具有评估效率高的优点。本发明能够为行星探测任务接近段导航方案设计提供技术支持和参考，解决相关工程问题。

技术领域

本发明涉及一种行星接近段导航性能快速评估方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

行星接近段是行星探测飞行的关键时期，探测器在此阶段的导航性能对任务成败有着决定性的影响。对接近段导航性能的评估主要有两种方法，第一种通过导航系统可观性分析评估导航系统性能，对于特定的导航系统，该方法具有显式表达式，计算高效，但无法直接体现导航精度。第二种方法为蒙特卡罗仿真法，该方法需要建立高精度的复杂动力学模型与测量模型，并考虑飞行过程的各种不确定性，通过大量的数学仿真统计出最终的导航精度，虽然评估结果可靠，但仿真过程计算量大，耗时长。研究可靠且快速的接近段导航性能评估方法对设计导航方案、减短任务设计周期具有重要意义。

发明内容

本发明公开的行星接近段导航性能快速评估方法要解决的技术问题是：对行星接近段导航性能进行快速评估，且能够直观地评估导航误差，具有评估效率高的优点。本发明能够为行星探测任务接近段导航方案设计提供技术支持和参考，解决相关工程问题。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的行星接近段导航性能快速评估方法，建立探测器在B平面坐标系下的简化状态方程，以及观测量相对探测器在B平面坐标系下状态的观测方程，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。

本发明公开的行星接近段导航性能快速评估方法，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。

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(远大于指r在S轴下的分量比其在B平面上的分量大两个数量级)，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，r_s，B_T，B_R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x_B＝[r_S,v_S,B_T,B_R]^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。

步骤2：建立B平面坐标系下的观测方程。

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(x_B)+υ (3)