CN108981703A - 火星着陆器联合位置估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种火星着陆器联合位置估计方法，包括以下步骤：步骤一，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；步骤二，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；步骤三，由步骤一、步骤二结果为观测量，对环绕器进行定位；步骤四，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；步骤五，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度。本发明可用于火星探测火星车的高精度定位任务。

Description

火星着陆器联合位置估计方法
技术领域
本发明涉及一种位置估计方法，具体地，涉及一种火星着陆器联合位置估计方法。
背景技术
火星着陆器的精确着陆是开展火星科学探测任务的首要前提。为了获取更加丰富的科学数据，未来探测将选取地形地貌更为复杂的落点区域，这对着陆器的精确着陆提出更高的要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火星着陆器联合位置估计方法，其
根据本发明的一个方面，提供一种火星着陆器联合位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；
步骤二，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；
步骤三，由步骤一、步骤二结果为观测量，对环绕器进行定位；
步骤四，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；
步骤五，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；
步骤六，由步骤四、步骤五结果为观测量，对环绕器进行定位；
步骤七，环绕器通过双向测距测速完成与火星车相对距离与相对速度测量；
步骤八，两个不同单个地面站通过同波束干涉，对环绕器与火星车进行差分时延测量；
步骤九，根据环绕器轨道动力学，建立环绕器状态方程；
步骤十，根据火星车动力学，建立火星车状态方程；
步骤十一，将步骤三至步骤六中获得的观测量联立，将步骤九和步骤十获得的状态方程联立，进行扩维导航滤波，输出火星车位置估计。
优选地，所述单个地面站通过测距测速对环绕器、火星车的器地距离与器地视向速度观测量。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明可用于火星探测着陆器定位任务中。通过将器地测距测速、器地同波束测角、器间测距测速观测量进行结合，把环绕器与火星车作为整体系统进行统一建模，利用滤波算法提高导航定位精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明火星着陆器联合位置估计方法的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明火星着陆器联合位置估计方法包括以下步骤：
步骤一，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；
步骤二，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；
步骤三，由步骤一、步骤二结果为观测量，对环绕器进行定位；
步骤四，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；
步骤五，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；
步骤六，由步骤四、步骤五结果为观测量，对环绕器进行定位；
步骤七，环绕器通过双向测距测速完成与火星车相对距离与相对速度测量；
步骤八，两个不同单个地面站通过同波束干涉，对环绕器与火星车进行差分时延测量；
步骤九，根据环绕器轨道动力学，建立环绕器状态方程；
步骤十，根据火星车动力学(随火星公转和自转)，建立火星车状态方程；
步骤十一，将步骤三至步骤六中获得的观测量联立，将步骤九和步骤十获得的状态方程联立，进行扩维导航滤波，输出火星车位置估计。
实施例如下：
获得地面站A与环绕器O的距离ρAO(t)与视向速度获得地面站A与火星车R的距离ρAR(t)与视向速度获得环绕器O与火星车R的相对距离ρOR(t)与相对视向速度通过同波束干涉，获得环绕器O与火星车R发出信号，分别到达地面站A和地面站B的时间τOA、τOB、τRA、τRB，并计算时延Δτ，如式(1)：
Δτ＝(τOA-τOB)-(τRA-τRB)……(1)
根据环火轨道力学，建立环绕器的状态方程，如式(2)：
根据火星公转和自转，建立火星车的状态方程，如式(3)：
获得的观测方程联立得到联合观测方程，如式(4)：
联合状态量X为环绕器位置、速度和火星车位置、速度的集合，如式(5)：
其中rO和vO为环绕器在火星惯性坐标系下的位置矢量和速度矢量，rR和vR为火星车在火星惯性坐标系下的位置矢量和速度矢量。
获得的状态方程联立得到联合状态方程，如式(6)：
将联合状态方程和联合观测方程联立，得到环绕器与火星车的联合观测模型，针对该模型进行导航滤波(如卡尔曼滤波等)，输出火星车的位置估计值
单个地面站通过测距测速对环绕器、火星车的器地距离与器地视向速度观测量，这样可以仅通过单站获得环绕器、火星车的位置和速度估计结果，但精度较低。
由两个不同单个地面站同波束干涉测量提供环绕器和火星车夹角观测量，这样可以通过地面站获得环绕器和火星车之间位置的相对关系，但精度较低。
所述步骤三通过双向测距测速提供环绕器和火星车的相对距离与视向速度观测量，这样可以获得环绕器和火星车之间的相对位置和速度关系，且精度较高。
系统模型中同时包含了环绕器动力学方程与火星车动力学方程，观测模型中同时包含了器地直接观测量与器间观测量，这样对导航动力学方程和观测方程进行了扩维，可有效提高位置和速度估计精度。
本发明进行环绕器与火星车联合导航定位的方法。通过联立环绕器与火星车动力学方程，联立器地测距测速观测方程与器间测距测速观测方程，进行扩维导航滤波估计，提高火星车定位精度。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种火星着陆器联合位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；
步骤二，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；
步骤三，由步骤一、步骤二结果为观测量，对环绕器进行定位；
步骤四，单个地面站通过无线电测距获得测站与环绕器的距离；
步骤五，单个地面站通过无线电多普勒测速获得测站与环绕器的视向速度；
步骤六，由步骤四、步骤五结果为观测量，对环绕器进行定位；
步骤七，环绕器通过双向测距测速完成与火星车相对距离与相对速度测量；
步骤八，两个不同单个地面站通过同波束干涉，对环绕器与火星车进行差分时延测量；
步骤九，根据环绕器轨道动力学，建立环绕器状态方程；
步骤十，根据火星车动力学，建立火星车状态方程；
步骤十一，将步骤三至步骤六中获得的观测量联立，将步骤九和步骤十获得的状态方程联立，进行扩维导航滤波，输出火星车位置估计。
2.根据权利要求1所述的火星着陆器联合位置估计方法，其特征在于，所述单个地面站通过测距测速对环绕器、火星车的器地距离与器地视向速度观测量。
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