[发明专利]基于器间测距的小天体引力场反演修正方法

权利要求书

1.基于器间测距的小天体引力场反演修正方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：用引力场势函数描述小天体的引力场，将小天体引力场势函数用球谐系数模型表示，将球谐系数模型中的系数作为引力场反演的待估参数；

步骤2：以器间测距为观测量，结合探测器在小天体固连坐标系下的动力学模型，建立包含状态方程和观测方程的小天体引力场反演系统；

步骤3：结合步骤2中建立的基于器间测距的小天体引力场反演系统，对小天体引力场反演系统状态进行估计，得到引力场反演的待估参数，将所述引力场反演的待估参数代入小天体引力场球谐系数模型，得到反演修正小天体引力场；对小天体引力场反演系统状态进行估计，同时得到探测器在小天体固连坐标系下的位置与速度，实现探测器自主定轨。

2.如权利要求1所述的基于器间测距的小天体引力场反演修正方法，其特征在于：还包括步骤4，利用步骤3得到反演修正小天体引力场，构建小天体附近轨道设计动力学模型或导航制导控制动力学模型，通过所述小天体附近轨道设计动力学模型提高轨道设计精度，提升绕飞着陆安全性；通过所述导航制导控制动力学模型，提高小天体附近导航制导控制精度，并提升小天体探测任务成功概率；此外，反演修正小天体引力场有助于分析小天体的内部结构、质量与密度分布信息。

3.如权利要求1或2所述的基于器间测距的小天体引力场反演修正方法，其特征在于：步骤1实现方法为，

用引力场势函数描述小天体的引力场，小天体引力场势函数的球谐系数模型如式(1)所示；

式中，V为小天体引力场势函数，μ为小天体引力常数，r为探测器到小天体中心的距离，P_nm为勒让德多项式及其函数，n和m分别是多项式的次数和阶数，r₀为小天体的参考半径，φ和λ分别为小天体的纬度和经度，C_nm和S_nm为归一化的系数；归一化的系数C_nm和S_nm即为小天体引力场反演中需要估计的参数。

4.如权利要求3所述的基于器间测距的小天体引力场反演修正方法，其特征在于：步骤2实现方法为，

小天体引力场反演系统的状态包含步骤1中的球谐系数模型系数C_nm和S_nm以及两个探测器在小天体固连坐标系下的位置与速度，状态如式(2)所示

式中，X为小天体引力场反演系统的状态向量，x₁,y₁,z₁为第一颗探测器在小天体固连系下的三维位置矢量，v_x1,v_y1,v_z1第一颗探测器在小天体固连系下的三维速度矢量，x₂,y₂,z₂为第二颗探测器在小天体固连系下的三维位置矢量，v_x2,v_y2,v_z2为第二颗探测器在小天体固连系下的三维速度矢量；

式中，ω为小天体的自旋角速度；

小天体引力场反演系统的观测量为两个探测器之间的相对距离，观测方程如式(4)所示

式中，υ为测距误差；

式(3)与式(4)构成基于器间测距的小天体引力场反演系统。

5.如权利要求4所述的基于器间测距的小天体引力场反演修正方法，其特征在于：步骤3实现方法为，

结合步骤2中建立的基于器间测距的小天体引力场反演系统，对小天体引力场反演系统状态进行估计，得到归一化的系数C_nm和S_nm，将所述归一化的系数C_nm和S_nm代入小天体引力场球谐系数模型，得到反演修正小天体引力场；对小天体引力场反演系统状态进行估计，同时得到探测器在小天体固连坐标系下的位置与速度，实现探测器自主定轨。

6.如权利要求5所述的基于器间测距的小天体引力场反演修正方法，其特征在于：为了提高参数估计精度，采用非线性滤波估计算法对小天体引力场反演系统状态进行估计。