[发明专利]双体小行星探测自主协同光学导航方法

说明书

本发明公开的双体小行星探测自主协同光学导航方法，属于自主导航领域。本发明实现方法为：当主星的位置已知，从星的位置不确知，在双小行星系统惯性坐标系下建立探测器的动力学方程；根据探测器所使用的导航系统建立主星和从星的视线观测模型和探测器间的测距测角模型，并设计双体小行星导航的无迹卡尔曼滤波器；以轨道预报给出两颗探测器位置速度和从星位置的先验估计值作为初始状态，结合动力学方程和观测方程，通过无迹卡尔曼滤波器进行估计，实时确定两颗探测器的位置速度和从星的位置。本发明具有实时性好、导航精度高的优点。本发明利用无迹卡尔曼滤波器进行估计，不需要将非线性系统线性化，也不需要计算雅可比矩阵，实现简单、收敛性好。

技术领域

本发明涉及一种双体小行星探测自主协同光学导航方法，属于自主导航领域。

背景技术

小行星探测是当前深空探测领域的研究热点。与单小行星相比，双小行星系统的不规则引力场、自旋以及双星相互作用等因素，导致双星系统动力学更加复杂、探测难度大，对导航系统要求高。自主光学导航是实现双体小行星探测的关键技术之一，为实现双体小行星精准探测，需要研究双体小行星探测器自主精确导航技术，是当前科技人员关注的重点问题之一。

在已发展的双体小行星导航方法中，在先技术[1](参见PeytavíG G,Andert T P,Probst A,et al.3D Imaging for Autonomous Navigation About Small-Bodies[C].AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference.Long Beach,California,2016)，利用三维激光雷达对双小行星系统的主星进行扫描，同时结合扩展卡尔曼滤波进行状态估计，由于双小行星系统引力场建模的不准确和扩展卡尔曼滤波本身的缺陷，导航估计结果发散，无法有效地确定探测器的状态。

在先技术[2](参见Torre F,Vasile M,Serra R,et al.Autonomous Navigationof a Formation of Spacecraft in the Proximity of a Binary Asteroid[C].International Symposium on Space Technology and Science,Ehime,Japan,2017)，利用地面站、激光雷达、相机和探测器间的通信获得观测信息，并采用无迹H_∞滤波方法进行状态估计，对单颗或多颗探测器在双小行星系统拉格朗日点L4周围的导航和位置保持进行研究。由于导航过程中使用了地面站的观测信息，导航的自主性和实时性不能双体小行星探测的需求。

在先技术[3](参见Vasile M,Torre F,Serra R,et al.Angles-Only Navigationof a Formation in the Proximity of a Binary System[C].2018Space FlightMechanics Meeting,Kissimmee,Florida,2018.)，仅利用相机和探测器间的通信获得观测信息，并采用无迹H_∞滤波方法进行状态估计，对单颗/两颗探测器在双小行星系统拉格朗日点L4周围的导航和位置保持进行研究。由于该方法中的单颗/两颗探测器导航均是在主星和从星位置已知的情况下进行的，而实际过程中主星和从星星历并不准确，从星相对于主星的位置也因此不准确，导航精度，需要对从星相对于主星的位置进行估计。

发明内容

为解决双体小行星导航过程中，主星和从星星历不准确使从星相对于主星的位置不准确并影响导航精度的问题，本发明公开的双体小行星探测自主协同光学导航方法要解决的技术问题是：利用两颗探测器分别对主星和从星进行视线观测，同时结合探测器间的测距测角，能够确定两颗探测器的位置速度和从星相对于主星的位置，并且具有导航精度高的优点。

本发明目的是通过下述技术方案实现。