[发明专利]一种深空探测自主导航的信息融合方法

摘要

一种深空探测自主导航的信息融合方法，步骤为：获取测距测速时刻附近的两组惯性导航结果，利用惯性导航结果计算测距时刻着陆器相对天体表面的高度，同时利用测距信息计算着陆器相对天体表面的高度，通过计算高度残差进行导航位置的高度修正。利用惯性导航结果计算测速时刻着陆器相对天体表面的速度，同时确定测速波束方向的速度，通过计算测速波束方向的速度残差并进行处理，计算得到正交速度修正量，利用速度修正量对惯性导航的速度输出进行修正。本发明方法提高了导航算法对测量信息时间不同步、过程中出现波束失效等问题的适应性和鲁棒性，同时也提高了导航精度。

主权项

1.一种深空探测自主导航的信息融合方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在时刻t_u获取着陆器上安装的测距敏感器的测量值ρ_u，同时获取惯性导航系统与t_u最接近的两个时刻t_n-2和t_n-1对应的着陆惯性系下的位置计算值和速度计算值和（2）利用t_n-2和t_n-1以及对应的和计算得到t_u时刻着陆惯性系下着陆器的位置计算值由此得到根据惯性导航系统输出信息的着陆器相对着陆天体表面的高度其中r_M为对应的着陆天体表面的参考高度；（3）利用ρ_u直接计算得到根据测距敏感器测量信息的着陆器相对着陆天体表面的高度其中为着陆惯性系下测距敏感器的测量波束指向，为着陆器本体坐标系下测距敏感器的测量波束指向，C_bi为着陆器本体坐标系相对于着陆惯性坐标系的姿态矩阵，符号·表示两个矢量的点乘；（4）利用步骤（2）和步骤（3）的结果计算得到高度误差δh_u=h_u,radar-h_u,ins，并采用公式对惯性导航系统输出的当前周期的位置r^I进行修正，其中为修正后的位置，高度修正系数的取值在0～1之间，取值大于首次高度修正时对应的高度值，高度修正系数w_h随高度下降逐渐增大；（5）利用t_n-2和t_n-1以及对应的和计算得到t_u时刻惯性导航系统输出的着陆惯性系下的着陆器速度计算值由此转换得到根据惯性导航系统输出信息的着陆器相对着陆天体表面的速度vg,insI=vuI-ωtI×ruI]]>以及在测速敏感器波束方向上的分量vum,ins=vg,insI·uvmI,]]>其中为着陆天体的自转角速度矢量，为测速敏感器的波束在着陆惯性系下的指向，m=0,1,2,…,n，n为测速敏感器的波束数量；（6）在t_u时刻获取着陆器上安装的测速敏感器的测量值v_um,radar，根据步骤（5）的计算结果得到速度误差δv_um=v_um,radar-v_um,ins，并由此计算得到测速敏感器波束方向的修正量dvpm=wvm·δvum,]]>其中wvm=wvm*(1-||vuI||/vvm*),]]>的取值在0～1之间，取值大于首次速度修正时对应的速度值，速度修正系数w_vm随速度降低逐渐增大；（7）根据测速敏感器的实际有效测速波束，确定不同情况下着陆惯性坐标系下的速度修正量dv_p，（a）当有效测速波束为0时，dv_p=[0 0 0]^T；（b）当有效测速波束为1时，（c）当有效测速波束为2时，其中δvym=-cos(θij)·dvpi/sin(θij)+dvpj/sin(θij),θij=arccos(uvib,uvjb),xmb=uvib,ymb=zmb×xmb,]]>角标i和j用于区分两个不同的有效测速波束，和分别是两个波束在着陆器本体坐标系下的指向；（d）当有效测速波束为3时，dvp=uviIuvjIuvkI-Tdvpidvpjdvpk,]]>角标i、j和k用于区分三个不同的有效测速波束，矩阵计算A^-T表示(A^T)^-1；（e）当有效测速波束大于3时，采用最小二乘拟合出三个正交轴上的合成速度修正量dv_p；（8）利用步骤（7）得到的结果，采用公式对惯性导航系统输出的当前周期的速度vI进行修正，为修正后的速度。