[发明专利]一种基于天体表面特征和天然卫星路标的环绕段导航方法

摘要

一种基于天体表面特征和天然卫星路标的环绕段导航方法，在进行导航过程中，首先由陀螺和星敏感器进行惯性姿态估计；根据加速度计测量，结合惯性姿态估计值，利用动力学方程进行探测器位置、速度外推；接下来，以一定间隔，利用导航相机按照序列对若干路标进行拍摄，识别出路标点的图像坐标，路标点的可选范围包括深空天体表面的已知地貌和天体的天然卫星，观测序列根据不同轨道高度和光照条件制定；以路标点的图像坐标作为测量，以外推的探测器位置、速度为基础，使用扩展卡尔曼滤波估计并修正探测器位置、速度；重复上述步骤，完成导航解算。本发明扩大了环绕段光学导航路标点选择的范围，提高了导航系统的灵活性和精度。

主权项

一种基于天体表面特征和天然卫星路标的环绕段导航方法，其特征在于实现步骤如下：(1)陀螺和星敏感器的惯性姿态估计利用前一个采样周期内陀螺测量的角速度对当前时刻的探测器惯性姿态进行外推；然后利用星敏感器获得的光轴惯性指向测量，使用卡尔曼滤波对陀螺外推惯性姿态的误差进行估计；最后用误差的估计值修正陀螺预估的惯性姿态，获得最终的惯性姿态估计；(2)利用加速度计测量的位置、速度外推在陀螺测量的同时，使用加速度计获得探测器非引力加速度的测量值，利用已获得的惯性姿态估计值将它转化到惯性坐标系中；然后根据轨道动力学模型，对探测器的位置和速度进行外推；(3)路标点信息的获取使用探测器上安装的光学导航相机按照一定拍摄序列对可能的路标点进行拍照，路标点的选择包含了天体表面的已知位置的特征地貌和天体的天然卫星；路标点根据轨道高度、光照条件事先选择，并列入观测序列；最后，从导航图像上提取出路标点的像素坐标，传递给导航滤波器；(4)基于路标的探测器位置、速度的估计基于步骤(2)中外推的探测器位置、速度对路标点的图像坐标进行预报；将实际获得的路标点像素坐标与预报值进行比对，构成测量新息；然后使用扩展卡尔曼滤波对预测的探测器位置、速度进行修正，得到最终的探测器位置、速度估计值；(5)对每一个控制周期重复(1)～(4)的步骤，完成导航解算。