[发明专利]一种基于导航敏感器拍摄火星图像的系统误差自补偿方法

权利要求书

1.一种基于导航敏感器拍摄火星图像的系统误差自补偿方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：建立火星整体成像自主导航系统误差模型，建立包含光轴偏差及姿态确定偏差的火星自主导航系统；

步骤二：针对一段时间的导航观测，求取该时段的系统误差的条件期望，解算条件期望最大时的系统误差值；

条件期望E_L为：

其中：为第r次光轴指向误差估计值，Tr为取迹，lg为取对数，P为估计误差协方差矩阵，Q为随机向量方差矩阵，R为随机向量方差矩阵，为估计误差协方差矩阵、为概率函数一次距、N为总步数、n为状态量的维数、m为观测量的维数；

其中，条件状态和条件误差方差阵P_k|N为：

其中，Φ为状态转移矩阵、Y为完全数据集即[X₀、X_k、Z_k]，H_k为第k步的观测转移矩阵、Z_k是第k步的观测量Z；

步骤三：将更新的系统误差值回代火星自主导航系统，重复步骤二，迭代更新系统误差值，直到满足收敛条件；

步骤四：以收敛的系统误差值更新火星自主导航系统，对系统误差进行补偿，得到后续精确的导航结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于导航敏感器拍摄火星图像的系统误差自补偿方法，其特征在于：火星整体成像自主导航系统误差模型，具体为：自主导航系统误差包括星敏感器在轨安装偏差与导航敏感器的在轨安装偏差，对两种系统误差进行等效处理为惯性系下导航敏感器光轴指向误差[θ_x,θ_y,θ_z]。

3.根据权利要求2所述的一种基于导航敏感器拍摄火星图像的系统误差自补偿方法，其特征在于：所述步骤一建立包含光轴偏差及姿态确定偏差的火星自主导航系统，具体为：

含等效系统误差的导航系统中的观测方程表示为：

其中，为日心惯性系到相机系的姿态转换矩阵，为导航相机在轨安装矩阵偏差，h(X)是表示Z是关于状态量X的函数，r_pM是探测器到火星的距离矢量，V是量测噪声。

4.根据权利要求1所述的一种基于导航敏感器拍摄火星图像的系统误差自补偿方法，其特征在于：求解使得条件期望最大化的误差参数[θ_x,θ_y,θ_z]，即对条件期望求导；

条件期望分别对三轴的误差角θ_x,θ_y,θ_z求导如下：

求解上式，得到关于θ_x,θ_y,θ_z的标量函数，然后令

即得到使得条件期望最大化的误差参数[θ_x,θ_y,θ_z]。

5.根据权利要求4所述的一种基于导航敏感器拍摄火星图像的系统误差自补偿方法，其特征在于：步骤三中迭代过程如下：

(1)常规导航系统运算，利用扩展卡尔曼滤波器，得到θ^(r)条件下的导航结果，即状态估计值和状态估计偏差P_N；

(2)固定区间平滑，采用扩展RTS平滑算法，以步骤(1)中得到的和P_N为初始条件，以N₀+N为起始时刻向后平滑，得到新的条件状态和误差方差矩阵P_k|N；

(3)采用新的条件状态和误差方差矩阵P_k|N，计算根据该时段的系统误差的条件期望，解算条件期望最大时的系统误差值θ^(r+1)后，进行下一次迭代，直到满足迭代收敛条件，输出最终的系统误差估计结果[θ_x,θ_y,θ_z]。