[发明专利]一种月球探测器测角/时间差分距离/速度组合导航方法

权利要求书

1.一种月球探测器测角/时间差分距离/速度组合导航方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，根据轨道动力学建立探测器的状态模型；

第二步，利用天体敏感器获得的星光角距，无线电接收机接收到的来自地面站或中继卫星的无线电时间差分距离信息和时间差分多普勒速度信息作为量测量，分别建立星光角距量测模型、无线电时间差分距离及无线电时间差分多普勒速度量测模型；

第三步，将第二步得到的三种量测模型组合建立系统的最终量测模型，对系统的非线性连续的状态模型和量测模型进行离散化，得到离散化的非线性的状态模型和量测模型；

第四步，基于第三步得到的离散化的系统状态模型和量测模型，采用UKF滤波估计探测器的位置和速度；

所述第二步中，所述星光角距的量测模型为：

其中α₁(t)及α₂(t)分别是月球与恒星一及恒星二间的星光角距，s₁、s₂分别是惯性系下两颗恒星的方向矢量；

把这些星光角距作为量测量Z₁＝[α₁(t),α₂(t)]^T，建立星光角距量测模型的表达式：

Z₁＝[α₁(t),α₂(t)]^T＝h₁[X(t),t]+v₁(t) (4)

其中h₁[X(t),t]表示星光角距的非线性连续量测函数，v₁(t)表示t时刻星光角距的量测噪声，α₁(t)及α₂(t)分别是t时刻月球与两颗恒星间的星光角距；

所述第二步中，无线电时间差分距离量测量为：

Δρ(t)＝ρ(t)-ρ(t-1)＝c(t_r(t)-t_s(t)-t_r(t-1)+t_s(t-1)) (7)

其中ρ(t)及ρ(t-1)分别表示t时刻及t-1时刻探测器到地面站或中继卫星的距离，c为光速，t_s(t)及t_s(t-1)分别表示t时刻及t-1时刻地面站或者中继卫星发出无线电信号的时间，t_r(t)及t_r(t-1)分别表示t时刻及t-1时刻探测器接收到无线电信号的时间；

无线电时间差分距离的量测模型为：

Z₂＝[Δρ(t)]＝[|r(t)-r_s(t)|-|r(t-1)-r_s(t-1)|]+v_ρ(t)＝h₂[X(t),t]+v₂(t) (10)

其中Δρ(t)表示t时刻探测器到地面站或者中继卫星的无线电时间差分的距离，r(t)及r(t-1)分别表示t时刻及t-1时刻探测器在月心惯性系下的位置矢量，r_s(t)及r_s(t-1)分别表示t时刻及t-1时刻地面站或者中继卫星在月心惯性系下的位置矢量，v_ρ(t)为t时刻的量测误差，h₂[X(t),t]表示无线电时间差分距离的非线性连续量测函数，v₂(t)表示t时刻无线电时间差分距离的量测噪声；

所述第二步中，无线电时间差分多普勒速度量测量为：

其中表示表示t时刻探测器相对地面站或者中继卫星的时间差分多普勒速度量测量，及分别表示t时刻及t-1时刻探测器相对地面站或中继卫星的多普勒速度，c为光速，f_r(t)和f_r(t-1)分别为t和(t-1)时刻探测器接收的无线电信号的频率，f_s(t)和f_s(t-1)分别为t和(t-1)时刻地面站或中继卫星发射的无线电信号的频率；Δf为探测器接受的无线电信号频率测量误差；

无线电时间差分多普勒速度量测模型为：

其中表示表示t时刻探测器相对地面站或者中继卫星的时间差分多普勒速度量测量，v(t)和v(t-1)分别为t和(t-1)时刻探测器的速度，r(t)和r(t-1)分别为t和(t-1)时刻探测器在月心惯性系下的位置矢量，r_s(t)和r_s(t-1)分别为t和(t-1)时刻地面站或者中继卫星在月心惯性系下的位置矢量，为t时刻的量测误差，h₃[X(t),t]表示无线电时间差分多普勒速度的非线性连续量测函数，v₃(t)表示t时刻无线电时间差分多普勒速度的量测噪声。