[发明专利]一种动压辅助的火星大气进入段组合导航方法

摘要

本发明公开的一种动压辅助的火星大气进入段组合导航方法，涉及火星大气进入段组合导航方法，属于深空探测技术领域。本发明在航位递推导航方法的基础上，建立等离子模型实时估计探测器驻点的等离子体密度。当密度低于通信临界电子密度时，通过测量探测器与无线电信标之间的相对距离信息对探测器的状态估计偏差进行修正；当密度大于通信临界电子密度时，把惯性测量单元输出的三轴加速度和火星进入大气数据系统测量得到的动压值视为外部测量，并结合非线性滤波方法对探测器的状态进行估计，提高大气进入段导航方法可靠性及状态估计精度。本发明可以有效抑制无线电测量长时间中断时采用单一航位递推导航方法探测器的状态估计偏差存在发散的难题。

主权项

一种动压辅助的火星大气进入段组合导航方法，其特征在于：在航位递推导航方法的基础上，通过建立的等离子模型实时估计探测器驻点的等离子体密度，根据在线实时估计得到的等离子体密度自主切换导航方法；当等离子体密度低于通信临界电子密度时，无线电通信正常，采用无线电和惯性测量输出的组合导航方法，通过测量探测器与无线电信标之间的相对距离信息对探测器的状态估计偏差进行修正；当等离子密度大于无线电通信临界电子密度时，无线电通信“黑障”，采用动压辅助的导航方法，把惯性测量单元输出的三轴加速度和火星进入大气数据系统测量得到的动压值视为外部测量，并结合非线性滤波方法对探测器的状态进行估计，进而提高星大气进入段导航方法的可靠性及状态估计精度；具体实现方法包括如下步骤，步骤1：建立等离子密度模型，实时估计探测器驻点的等离子体密度；在火星大气进入高超声速段，探测器与火星大气剧烈摩擦产生的气动热会导致探测器周围的空气电离产生等离子体，当等离子体的密度超过探测器的无线电通信频率对应的临界电子密度时，会导致无线电通信中断，产生通信“黑障”；因此，实时估计出探测器周围的等离子体密度是动压辅助导航方法自主切换的前提条件；探测器周围的等离子体密度主要由探测器相对火星表面的速度以及火星大气密度决定，通过式(1)获得探测器驻点等离子密度的估计值：ne＝cρaVb      (1)其中，a，b，c为模型系数，V为探测器相对于火星表面的速度，单位为km/s，ρ为火星大气密度，假设火星大气密度ρ呈指数形式分布，由式(2)计算得到：ρ=ρ0e(r0-r)hs---(2)]]>其中，ρ0＝2e‑4kg/m3表示火星大气参考密度，r0＝3,437,200m表示参考高度，hs＝7500m火星大气标高；步骤2：根据步骤1所述的等离子密度模型能够实时估计出探测器周围的等离子体密度；当等离子密度低于探测器无线电通信频率对应的临界电子密度时，无线电通信正常，系统采用无线电和惯性测量输出的组合导航方法，当等离子体密度大于无线电通信临界电子密度时，无线电通信“黑障”，探测器采用动压辅助的导航方法；所述的动压测量辅助的导航方法指把火星进入大气数据系统测量得到的驻点动压值和惯性测量单元输出的三轴加速度值视为外部测量，通过非线性滤波算法对探测器的状态进行估计；根据无线电导航方法或动压辅助组合导航方法分别建立对应的无线电测量模型和动压测量模型；步骤3：根据步骤1得到的等离子密度模型，以及步骤2建立的无线电测量模型和动压测量模型，通过非线性滤波算法对探测器的状态进行估计，进而提高火星大气进入段导航状态估计精度。