[发明专利]一种基于加速度计反馈的火星探测轨道精确控制方法

说明书

本发明提供了一种基于加速度计反馈的火星探测轨道精确控制方法。火星探测中由于器地距离远，采用地面测控进行轨道确定具有较大的时间延迟，火星探测的轨道控制中，地面无法及时确定变轨精度，而探测器在执行变轨过程中需要满足高精度高可靠的轨道控制要求。在探测器上安装加速度计，在执行变轨过程中，加速度计测量变轨过程中的加速度，加速度积分得到探测器变轨的速度增量，将变轨的实际速度增量与目标速度增量进行实时对比，修正探测器的目标姿态，从而修正实际的速度增量，以提高变轨的精度。本发明与现有技术相比，其效果是：将探测器在变轨过程中的速度增量引入轨道控制过程，提高变轨的控制精度。

技术领域

本发明涉及一种基于加速度计反馈的火星探测轨道精确控制方法，用于满足深空探测高精度轨道控制需求，属于深空探测轨道控制技术领域。

背景技术

我国未来深空探测任务将重点开展月球永久阴影区探测、小行星采样返回探测、火星采样返回探测、木星系及行星际穿越探测、太阳系边际探测等一系列深空探测活动。而深空探测中轨道控制的精度影响着探测器的燃料消耗以及进入任务轨道的精度。

目前深空探测器中安装了加速度计对速度增量进行测量，但是加速度计的作用为关机时刻的参数，并未将速度增量引入闭环进行轨道控制，所以目前深空探测的轨道控制为开环控制，轨道控制精度完全由轨道控制前的测定轨精度决定，不能进行实施修正。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于加速度计反馈的火星探测轨道精确控制方法，加速度计对轨道控制期间的加速度测量值进行在轨积分得到速度矢量，利用速度增量的方向对目标姿态的方向进行在线修正，提高轨道控制精度。

本发明的技术解决方案是：一种基于加速度计反馈的火星探测轨道精确控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)、根据加速度计测量得到的火星探测器在其本体坐标系下的加速度，计算从轨道控制开始时刻到当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下速度增量；

(2)、计算从轨道控制开始时刻到当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下速度增量与火星探测器目标姿态推力方向夹角，从而得到从轨道控制开始时刻到当前轨道控制周期速度增量方向与目标推力方向之间的偏差四元数；

(3)、利用从轨道控制开始时刻到当前轨道控制周期速度增量方向与目标推力方向之间的偏差四元数，对火星探测器目标四元数进行修正；

(4)、利用修正后火星探测器目标四元数，进行火星探测轨道精确控制。

所述步骤(1)的具体实现为：

(1.1)、获取加速度计测量得到的当前轨道控制周期火星探测器在其本体坐标系下的加速度；

(1.2)、将加速度计测量得到的当前轨道控制周期火星探测器在其本体坐标系下的加速度转化为当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下的加速度；

(1.3)、将火星探测器在惯性坐标系下的加速度进行累加，计算得到从轨道控制开始时刻到当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下的速度增量。

所述步骤(1.2)的计算公式为：

其中，a_INSx为当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下的加速度x方向分量；a_INSy为当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下速度增量y方向分量；a_INSz为当前轨道控制周期火星探测器在惯性坐标系下速度增量z方向分量；