CN102116628B - 一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于深空探测器的制导、导航与控制技术领域，具体公开一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，它包括以下步骤：(1)确定探测器本体坐标系的三维速度；(2)确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值；(3)确定本体系的天体中心位置和方向；(4)确定探测器相对轨道坐标系的姿态角和速度；(5)确定探测器相对天体表面的高度；(6)确定探测器相对轨道坐标系的角速度。本发明的方法不受惯性导航误差随时间不断增大的影响，能够有效地提高着陆或附着探测器自主导航关键导航参数的精度，能够满足高精度着陆或附着深空天体探测器制导与控制的需要。

Description

一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法

技术领域

本发明属于深空探测器的制导、导航与控制技术领域，具体涉及一种可以应用于着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法。

背景技术

由于深空天体与地球之间的远距离，基于地面深空网的导航很难满足深空着陆或附着GNC系统对探测器状态实时性和精度的要求，因此，自主导航就成为安全和准确地着陆或附着深空天体的一项关键技术。基于IMU的导航早在美国的Apollo、Surveyor和前苏联的Luna系列等着陆任务就已得到应用。近期的一些深空着陆器，如美国的Phoenix和MSL火星着陆器、日本的Selene-B月球着陆器等仍然采用了基于IMU的导航，因此，基于IMU的导航依然是深空天体着陆的主要自主导航方式。由于初始导航误差和IMU测量误差的累积将导致导航误差逐渐增大，因此，为了保证导航精度和提高探测器相对天体表面的测量精度，必须利用一些敏感器提供的探测器相对天体表面的测量信息对惯性导航结果进行修正。

对于深空天体着陆探测器的导航，探测器相对着陆目标天体表面的距离和速度是重要的观测量，前苏联的Lunar系列探测器、美国的Surveyor和Apollo系列探测器都采用测距仪和测速仪获取探测器相对月面的距离和速度信息。目前采用的方法是利用惯性导航位置确定天体中心的方向，将测距仪获取探测器相对天体表面的距离利用惯性姿态转化为相对天体表面的高度，结合测速仪获取的速度，用来修正或替换惯性导航的高度和三维速度信息，而无法修正惯性导航提供的位置和姿态误差，必然导致导航姿态、高度和速度误差随着时间的增大而逐渐增大，因此，无法满足高精度着陆或附着深空天体探测器制导与控制的需求。

发明内容

针对目前方法存在的不足，本发明提出一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，该方法不受惯性导航误差随时间不断增大的影响，能够有效地提高着陆或附着探测器自主导航关键导航参数的精度，能够满足高精度着陆或附着深空天体探测器制导与控制的需要。

实现本发明目的的技术方案：一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，它包括以下步骤：

（1）确定探测器本体坐标系的三维速度；

（2）确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值

所述的步骤（2）中确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值(x′_b,y_b′,z_b′)的具体步骤为：

采用探测器上的陀螺测量探测器姿态角速度

根据前一时刻t₀的探测器惯性姿态四元素

确定当前时刻t的探测器本体坐标系与惯性系的姿态转换阵C_bI；

$C_{\mathrm{bI}}=\left[\begin{array}{ccc}{q}_{t1}^2-q_{t2}^2-q_{t3}^2+q_{t4}^2& 2(q_{t1}{q}_{t2}+q_{t3}{q}_{t4})& 2(q_{t1}{q}_{t3}-q_{t2}{q}_{t4})\\ 2(q_{t1}{q}_{t2}-q_{t3}{q}_{t4})& -q_{t1}^2+q_{t2}^2-q_{t3}^2+q_{t4}^2& 2(q_{t2}{q}_{t3}+q_{t1}{q}_{t4})\\ 2(q_{t1}{q}_{t3}+q_{t2}{q}_{t4})& 2(q_{t2}{q}_{t3}-q_{t1}{q}_{t4})& -q_{t1}^2-q_{t2}^2+q_{t3}^2+q_{t4}^2\end{array}\right]$

其中， ${\stackrel{\‾}{q}}_t=\stackrel{\‾}{q}+\frac{1}{2}\left[\begin{array}{ccc}{q}_4& -q_3& q_2\\ q_3& q_4& -q_1\\ -q_2& q_1& q_4\\ -q_1& -q_2& -q_3\end{array}\right]\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}(t-t_0),$ ${\stackrel{\‾}{q}}_t={\left[\begin{array}{cccc}{q}_{t1}& q_{t2}& q_{t3}& q_{t4}\end{array}\right]}^T;$

设加速度计测量得到的速度增量为Δv_b和地面测控提供的轨道初值为r_I0和v_I0；

于是，惯性坐标系的速度增量为

确定探测器的惯性位置 $r_I=r_{I0}+v_{I0}\mathrm{\Δt}+0.5\mathrm{\Δt}(\mathrm{\Δ}{v}_I+\frac{\mathrm{\μ}{r}_{I0}}{{\left|\right|r_{I0}\left|\right|}^3}\mathrm{\Δt}),$ 确定探测器的惯性速度 $v_I=v_{I0}+\mathrm{\Δ}{v}_I+\mathrm{\Δt}\left(\frac{\mathrm{\μ}{r}_{I0}}{{\left|\right|r_{I0}\left|\right|}^3}\right)\mathrm{\μ}$ 为天体引力常数，Δt=t-t₀；

进而确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值r_b(0)=(x′_b,y′_b,z_b′)=C_bIr_I；

（3）确定本体坐标系的天体中心位置和方向，

所述的步骤（3）中：确定本体坐标系的天体中心位置

和方向

的具体步骤为：

采用探测器上的测距仪测量测距仪第i个视线指向的距离ρ_i,i＝1,2,…,n，其中，n为测距仪的视线方向个数，n≥3，测距仪的安装需要保证视线指向和天体表面相交；

测距仪的指向在探测器本体坐标系的方向矢量为(a_bi,b_bi,c_bi)，天体表面点在探测器本体坐标系的坐标(x_b,y_b,z_b)=(a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)；

取天体中心在探测器本体坐标系的坐标为(x_bo,y_bo，z_bo)，则天体的简化表达式模型写为

f(x_bo,y_bo,z_bo,x_b,y_b,z_b)=0            （1）

根据式（1）、(x_b,y_b,z_b)=(a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)有

f(x_bo,y_bo,z_bo,a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)=0,i=1,2,…,n    （2）

于是，就可以确定探测器本体坐标系的天体中心位置

确定探测器本体坐标系的天体中心方向

（4）确定探测器相对轨道坐标系的姿态角和速度；

（5）确定探测器相对天体表面的高度；

（6）确定探测器相对轨道坐标系的角速度。

所述的步骤（1）中确定探测器本体坐标系的三维速度的具体步骤为：

采用探测器上的测速仪测量三个非共面波束的速度v₁,v₂,v₃以及测速仪三个波束安装指向

确定探测器本体坐标系的三维速度 ${\stackrel{\‾}{v}}_b={\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{l}}_{b1}^T\\ {\stackrel{\‾}{l}}_{b2}^T\\ {\stackrel{\‾}{l}}_{b3}^T\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ v_3\end{array}\right].$

所述的步骤（4）中确定探测器相对轨道坐标系的姿态角和速度的具体步骤为：

利用步骤（3）确定的本体坐标系天体中心方向

和步骤（1）确定的本体坐标系三维速度

即可以确定探测器相对轨道坐标系的姿态角：滚动角

俯仰角θ，偏航角ψ，

取e_ox,e_yo，e_oz分别表示轨道坐标系的三个轴的单位矢量，则利用本体坐标系的观测量构造出轨道坐标系的三个坐标轴矢量为

$e_{\mathrm{bz}}={\stackrel{\‾}{r}}_{b0},$ $e_{\mathrm{by}}=\frac{{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\×{\stackrel{\‾}{v}}_b}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\×{\stackrel{\‾}{v}}_b\left|\right|},$ e_bx＝e_bz×e_by         （3）

则本体坐标系相对轨道坐标系的姿态转换矩阵C_bo为

C_bo=[e_bx e_by e_bz]        （4）

探测器本体坐标系相对轨道坐标系的三个姿态角—滚动角

俯仰角θ，偏航角ψ分别为

$\mathrm{\θ}=\arctan (-\frac{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{1,3}\right)}{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{3,3}\right)}),$ $\mathrm{\ψ}=\arctan (-\frac{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{2,1}\right)}{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{2,2}\right)}),$

利用本体坐标系相对轨道坐标系的姿态转换矩阵C_bo确定探测器相对轨道坐标系的三维速度矢量为

即确定了轨道坐标系的速度。

所述的步骤（5）中确定探测器相对天体表面的高度h的具体步骤为：

利用本体坐标系的天体中心方向

和测距仪本体坐标系的任意一个波束指向 ${\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}=(a_{\mathrm{bi}},b_{\mathrm{bi}},c_{\mathrm{bi}})$ 确定两者的夹角关系： $\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{{\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}\·{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}\left|\right|\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\left|\right|};$

根据测距仪获取的本体坐标系视线距离ρ_i确定探测器相对天体表面的高度h=ρ_icos(θ_i)。

所述的步骤（6）中确定探测器相对轨道坐标系的角速度的具体步骤为：

利用步骤（3）确定的位置和步骤（4）确定的速度确定探测器轨道角速度： ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{oI}}^o={\left[\begin{array}{ccc}0& \frac{\left|\right|{\stackrel{\‾}{v}}_o\left|\right|}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_b\left|\right|}& 0\end{array}\right]}^T,$ 利用陀螺测量的

确定探测器相对轨道坐标系的角速度 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{bo}}^b={\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{bI}}^b-C_{\mathrm{bo}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{oI}}^o.$

本发明的有益技术效果在于：本方明利用探测器测速仪测量的探测器三个波束方向速度和测距仪测量的三个及以上非共面视线距离确定了本体坐标系的天体中心方向和探测器本体坐标系相对轨道坐标系的姿态转换阵、姿态角和姿态角速度。利用探测器本体坐标系的速度和姿态转换阵确定了探测器相对轨道坐标系的速度。本体坐标系的天体中心方向和测距仪本体坐标系的任意一个波束指向确定探测器相对天体表面的高度。本发明是直接根据探测器本体坐标系的测量数据确定相对轨道坐标系的姿态、姿态角速度、速度以及高度，不受惯性导航误差随时间不断增大的影响，可以有效地提高着陆或附着探测器自主导航关键导航参数的精度，可以满足高精度着陆或附着深空天体探测器制导与控制的需要。

附图说明

图1为本发明所提供的一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，它包括以下步骤：

（1）确定探测器本体坐标系的三维速度

采用探测器上的测速仪测量三个非共面波束的速度v₁,v₂,v₃以及测速仪三个波束安装指向

确定探测器本体坐标系的三维速度 ${\stackrel{\‾}{v}}_b={\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{l}}_{b1}^T\\ {\stackrel{\‾}{l}}_{b2}^T\\ {\stackrel{\‾}{l}}_{b3}^T\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ v_3\end{array}\right].$

本体坐标系定义为：原点为探测器的质心，三个轴指向探测器的惯量主轴的坐标系。

（2）确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值(x′_b,y_b′,z_b′)采用探测器上的陀螺测量探测器姿态角速度

根据前一时刻t₀的探测器惯性姿态四元素 $\stackrel{\‾}{q}={\left[\begin{array}{cccc}{q}_1& q_2& q_3& q_4\end{array}\right]}^T,,$ 初始惯性姿态四元素利用着陆或附着过程开始前的星敏感器测量确定，）确定当前时刻t的探测器本体坐标系与惯性系的姿态转换阵C_bI；

$C_{\mathrm{bI}}=\left[\begin{array}{ccc}{q}_{t1}^2-q_{t2}^2-q_{t3}^2+q_{t4}^2& 2(q_{t1}{q}_{t2}+q_{t3}{q}_{t4})& 2(q_{t1}{q}_{t3}-q_{t2}{q}_{t4})\\ 2(q_{t1}{q}_{t2}-q_{t3}{q}_{t4})& -q_{t1}^2+q_{t2}^2-q_{t3}^2+q_{t4}^2& 2(q_{t2}{q}_{t3}+q_{t1}{q}_{t4})\\ 2(q_{t1}{q}_{t3}+q_{t2}{q}_{t4})& 2(q_{t2}{q}_{t3}-q_{t1}{q}_{t4})& -q_{t1}^2-q_{t2}^2+q_{t3}^2+q_{t4}^2\end{array}\right]$

其中， ${\stackrel{\‾}{q}}_t=\stackrel{\‾}{q}+\frac{1}{2}\left[\begin{array}{ccc}{q}_4& -q_3& q_2\\ q_3& q_4& -q_1\\ -q_2& q_1& q_4\\ -q_1& -q_2& -q_3\end{array}\right]\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}(t-t_0).$

设加速度计测量得到的速度增量为Δv_b和地面测控提供的轨道初值为r_I0（位置）和v_I0（速度）。记

确定探测器的惯性位置 $r_I=r_{I0}+v_{I0}\mathrm{\Δt}+0.5\mathrm{\Δt}(\mathrm{\Δ}{v}_I+\frac{\mathrm{\μ}{r}_{I0}}{{\left|\right|r_{I0}\left|\right|}^3}\mathrm{\Δt}),$ 确定探测器的惯性速度 $v_I=v_{I0}+\mathrm{\Δ}{v}_I+\mathrm{\Δt}\left(\frac{\mathrm{\μ}{r}_{I0}}{{\left|\right|r_{I0}\left|\right|}^3}\right),$ μ为天体引力常数；进而确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值r_b(0)=(x′_b,y′_b,z_b′)=C_bIr_I。

（3）确定本体坐标系的天体中心位置

和方向

采用探测器上的测距仪测量测距仪第i个视线指向的距离ρ_i,(i＝1,2,…,n)，其中，n为测距仪的视线方向个数，n≥3，测距仪的安装需要保证视线指向和天体表面相交。

测距仪的指向在探测器本体坐标系的方向矢量为(a_bi,b_bi,c_bi)。天体表面点在探测器本体坐标系的坐标(x_b,y_b,z_b)=(a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)。

取天体中心在探测器本体坐标系的坐标为(x_bo,y_bo，z_bo)，则天体的简化表达式模型写为

f(x_bo,y_bo,z_bo,x_b,y_b,z_b)=0         （1）

根据式（1）、(x_b,y_b,z_b)=(a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)有

f(x_bo,y_bo,z_bo,a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)=0,(i＝1,2,…,n)  （2）

由上式（2）可知，要计算出天体中心在探测器本体坐标系的坐标(x_bo,y_bo，z_bo)，至少需要三个视线指向距离ρ_i。由于式（2）是非线性方程组，因此，只能采用非线性方程的数值解法，这里采用高斯-牛顿法求解，(x_bo,y_bo，z_bo)的初值为步骤（2）中的探测器本体坐标系的天体中心位置初值r_b(0)=(x′_b,y′_b,z_b′)。

具体步骤为：（a）

（b）δr_b(n-1)=(H^T(r_b(n-1))H(r_b(n-1)))H^T(r_b(n-1))(-f(r_b(n-1)))，（c）r_b(n)=r_b(n-1)+δr_b(n-1)，重复（a）、（b）、（c），直至

一般可以取ε＝1×10^-5。

由于可以通过安装保证视线夹角尽可能的大，方程组的形态较好，所以一般几次迭代就收敛，而且一般取n＝3就可以了，因此，计算量很少。

于是，确定了探测器本体坐标系的天体中心位置

从而，确定探测器本体坐标系的天体中心方向

（4）确定探测器的姿态角和轨道坐标系的速度

利用步骤（3）确定的本体坐标系天体中心方向

和步骤（1）确定的本体坐标系三维速度

即可以确定探测器相对轨道坐标系的姿态角：滚动角

俯仰角θ，偏航角ψ，

取e_ox,e_oy，e_oz分别表示轨道坐标系的三个轴的单位矢量，则利用本体坐标系的观测量构造出轨道坐标系的三个坐标轴矢量为

$e_{\mathrm{bz}}={\stackrel{\‾}{r}}_{b0},$ $e_{\mathrm{by}}=\frac{{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\×{\stackrel{\‾}{v}}_b}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\×{\stackrel{\‾}{v}}_b\left|\right|},$ e_bx＝e_bz×e_by           （3）

则本体坐标系相对轨道坐标系的姿态转换矩阵C_bo为

C_bo=[e_bx e_by e_bz]           （4）

探测器本体坐标系相对轨道坐标系的三个姿态角—滚动角

俯仰角θ，偏航角ψ分别为

$\mathrm{\θ}=\arctan (-\frac{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{1,3}\right)}{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{3,3}\right)}),$ $\mathrm{\ψ}=\arctan (-\frac{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{2,1}\right)}{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{2,2}\right)}),$ 利用本体坐标的探测器三维速度和姿态转换矩阵确定探测器相对轨道坐标系的三维速度矢量为

即确定了轨道坐标系的速度。

（5）确定探测器相对天体表面的高度h

利用本体坐标系的天体中心方向

和测距仪本体坐标系的任意一个波束指向 ${\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}=(a_{\mathrm{bi}},b_{\mathrm{bi}},c_{\mathrm{bi}})$ 确定两者的夹角关系： $\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{{\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}\·{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}\left|\right|\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\left|\right|}.$

根据测距仪获取的本体坐标系视线距离ρ_i确定探测器相对天体表面的高度h=ρ_icos(θ_i)。

（6）确定探测器相对轨道坐标系的角速度

利用步骤（3）确定的位置和步骤（4）确定的速度确定探测器轨道角速度：

利用陀螺测量的

确定探测器相对轨道坐标系的角速度 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{bo}}^b={\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{bI}}^b-C_{\mathrm{bo}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{oI}}^o.$

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术，能够很容易实现。

Claims (5)

1.一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）确定探测器本体坐标系的三维速度；

（2）确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值，

所述的步骤（2）中确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值(x′_b,y_b′,z_b′)的具体步骤为：

采用探测器上的陀螺测量探测器姿态角速度

根据前一时刻t₀的探测器惯性姿态四元素

确定当前时刻t的探测器本体坐标系与惯性系的姿态转换阵C_bI；

$C_{\mathrm{bI}}=\left[\begin{array}{ccc}{q}_{t1}^2-q_{t2}^2-q_{t3}^2+q_{t4}^2& 2(q_{t1}{q}_{t2}+q_{t3}{q}_{t4})& 2(q_{t1}{q}_{t3}-q_{t2}{q}_{t4})\\ 2(q_{t1}{q}_{t2}-q_{t3}{q}_{t4})& -q_{t1}^2+q_{t2}^2-q_{t3}^2+q_{t4}^2& 2(q_{t2}{q}_{t3}+q_{t1}{q}_{t4})\\ 2(q_{t1}{q}_{t3}+q_{t2}{q}_{t4})& 2(q_{t2}{q}_{t3}-q_{t1}{q}_{t4})& -q_{t1}^2-q_{t2}^2+q_{t3}^2+q_{t4}^2\end{array}\right]$

其中， ${\stackrel{\‾}{q}}_t=\stackrel{\‾}{q}+\frac{1}{2}\left[\begin{array}{ccc}{q}_4& -q_3& q_2\\ q_3& q_4& -q_1\\ -q_2& q_1& q_4\\ -q_1& -q_2& -q_3\end{array}\right]\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}(t-t_0),$ ${\stackrel{\‾}{q}}_t={\left[\begin{array}{cccc}{q}_{t1}& q_{t2}& q_{t3}& q_{t4}\end{array}\right]}^T;$

设加速度计测量得到的速度增量为Δv_b和地面测控提供的轨道初值为r_I0和v_I0；

记 $\mathrm{\Δ}{v}_I=C_{\mathrm{bI}}^T\mathrm{\Δ}{v}_b,$ 确定探测器的惯性位置 $r_I=r_{I0}+v_{I0}\mathrm{\Δt}+0.5\mathrm{\Δt}(\mathrm{\Δ}{v}_I+\frac{\mathrm{\μ}{r}_{I0}}{{\left|\right|r_{I0}\left|\right|}^3}\mathrm{\Δt}),$ 确定探测器的惯性速度

μ为天体引力常数，Δt=t-t₀；

进而确定探测器本体坐标系的天体中心位置初值r_b(0)=(x′_b,y′_b,z_b′)=C_bIr_I；

（3）确定本体坐标系的天体中心位置和方向，

所述的步骤（3）中：确定本体坐标系的天体中心位置

和方向

的具体步骤为：

采用探测器上的测距仪测量测距仪第i个视线指向的距离ρ_i,i＝1,2,…,n，其中，n为测距仪的视线方向个数，n≥3，测距仪的安装需要保证视线指向和天体表面相交；

测距仪的指向在探测器本体坐标系的方向矢量为(a_bi,b_bi,c_bi)，天体表面点在探测器本体坐标系的坐标(x_b,y_b,z_b)=(a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)；

取天体中心在探测器本体坐标系的坐标为(x_bo,y_bo，z_bo)，则天体的简化表达式模型写为

f(x_bo,y_bo,z_bo,x_b,y_b,z_b)=0       （1）

根据式（1）、(x_b,y_b,z_b)=(a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)有

f(x_bo,y_bo,z_bo,a_biρ_i,b_biρ_i,c_biρ_i)=0,i=1,2,…,n    （2）

于是，就可以确定探测器本体坐标系的天体中心位置

确定探测器本体坐标系的天体中心方向

（4）确定探测器相对轨道坐标系的姿态角和速度；

（5）确定探测器相对天体表面的高度；

（6）确定探测器相对轨道坐标系的角速度。

2.根据权利要求1所述的一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，其特征在于：所述的步骤（1）中确定探测器本体坐标系的三维速度的具体步骤为：

采用探测器上的测速仪测量三个非共面波束的速度v₁,v₂,v₃以及测速仪三个波束安装指向确定探测器本体坐标系的三维速度 ${\stackrel{\‾}{v}}_b={\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{l}}_{b1}^T\\ {\stackrel{\‾}{l}}_{b2}^T\\ {\stackrel{\‾}{l}}_{b3}^T\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ v_3\end{array}\right].$

3.根据权利要求2所述的一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，其特征在于：所述的步骤（4）中确定探测器相对轨道坐标系的姿态角和速度的具体步骤为：

利用步骤（3）确定的本体坐标系天体中心方向

和步骤（1）确定的本体坐标系三维速度

即可以确定探测器相对轨道坐标系的姿态角：滚动角

俯仰角θ，偏航角ψ，

取e_ox,e_oy，e_oz分别表示轨道坐标系的三个轴的单位矢量，则利用本体坐标系的观测量构造出轨道坐标系的三个坐标轴矢量为

$e_{\mathrm{bz}}={\stackrel{\‾}{r}}_{b0},$ $e_{\mathrm{by}}=\frac{{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\×{\stackrel{\‾}{v}}_b}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\×{\stackrel{\‾}{v}}_b\left|\right|},$ e_bx=e_bz×e_by        （3）

则本体坐标系相对轨道坐标系的姿态转换矩阵C_bo为

C_bo=[e_bx e_by e_bz]     （4）

探测器本体坐标系相对轨道坐标系的三个姿态角—滚动角

俯仰角θ，偏航角ψ分别为 $\mathrm{\θ}=\arctan (-\frac{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{1,3}\right)}{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{3,3}\right)}),$ $\mathrm{\ψ}=\arctan (-\frac{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{2,1}\right)}{C_{\mathrm{bo}}\left(\mathrm{2,2}\right)}),$

利用本体坐标系相对轨道坐标系的姿态转换矩阵C_bo确定探测器相对轨道坐标系的三维速度矢量为

即确定了轨道坐标系的速度。

4.根据权利要求3所述的一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，其特征在于：所述的步骤（5）中确定探测器相对天体表面的高度h的具体步骤为：

利用本体坐标系的天体中心方向

和测距仪本体坐标系的任意一个波束指向 ${\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}=(a_{\mathrm{bi}},b_{\mathrm{bi}},c_{\mathrm{bi}})$ 确定两者的夹角关系： $\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{{\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}\·{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}}{\left|\right|{\stackrel{\‾}{l}}_{\mathrm{bi}}\left|\right|\left|\right|{\stackrel{\‾}{r}}_{b0}\left|\right|};$

根据测距仪获取的本体坐标系视线距离ρ_i确定探测器相对天体表面的高度h=ρ_icos(θ_i)。

5.根据权利要求4所述的一种着陆或附着深空天体探测器的高精度导航方法，其特征在于：所述的步骤（6）中确定探测器相对轨道坐标系的角速度的具体步骤为：

利用步骤（3）确定的位置和步骤（4）确定的速度确定探测器轨道角速度：

利用陀螺测量的

确定探测器相对轨道坐标系的角速度 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{bo}}^b={\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{bI}}^b-C_{\mathrm{bo}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{oI}}^o.$