CN109059935A - 火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法 - Google Patents
火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109059935A CN109059935A CN201810672451.8A CN201810672451A CN109059935A CN 109059935 A CN109059935 A CN 109059935A CN 201810672451 A CN201810672451 A CN 201810672451A CN 109059935 A CN109059935 A CN 109059935A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- navigation
- mars
- optical
- radionavigation
- switching method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
本发明提供了一种火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,其包括以下步骤:步骤一:火星探测器在接近火星过程中,在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处,光学导航敏感器开机;步骤二:根据无线电导航与光学导航测量数据,分析无线电导航、光学导航精度;步骤三:确定地面无线电导航绝对优先策略/器上光学自主导航绝对优先策略/组合导航信息融合策略等导航切换策略;步骤四:至距离火星小于10万公里时,光学导航敏感器关机,切换至地面无线电导航。本发明可满足未来火星探测导航任务需求,为深空探测器高精度导航提供了良好的技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及航天器领域,具体地,涉及一种火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法。
背景技术
火星探测任务飞行距离远、持续时间长,探测对象和探测环境存在大量未知和不确定性,无线电导航的精度和实时性随探测器与地面站之间距离的增加而降低,且存在因通信盲区导致的导航数据不连续等问题,无法完全满足火星探测特殊飞行阶段(如制动捕获段)的导航需求,而基于火星图像的光学导航方法只适用于火星接近过程中。为此,亟需开展地面无线电导航与器上自主导航切换方法研究。
发明内容
针对地面无线电导航、光学自主导航等单一导航方法应用于火星探测飞行过程中的局限性,本发明的目的是提供一种火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,解决单一导航方法的局限性问题,可满足未来火星探测导航任务需求,为深空探测器高精度导航提供了良好的技术手段。
根据本发明的一个方面,提供一种火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,其特征在于,所述火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法包括以下步骤:
步骤一:火星探测器在接近火星过程中,持续开展地面无线电导航,在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处,光学导航敏感器开机;
步骤二:根据无线电导航与光学导航测量数据,分析无线电导航、光学导航精度;
步骤三:根据无线电导航、光学导航精度,确定导航切换策略,当地面无线电导航精度明显较高时,采取地面无线电导航绝对优先策略,仅无线电导航系统输出导航参数;当光学导航精度明显较高时,采取器上光学自主导航绝对优先策略,仅光学导航输出导航参数;当地面无线电导航与光学导航精度相当时,采取组合导航信息融合策略,获得全局最优估计;
步骤四:至距离火星小于10万公里时,光学导航敏感器关机,切换至地面无线电导航。
优选地,所述火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法采用以下三种切换策略:地面无线电导航绝对优先策略、器上光学自主导航绝对优先策略、组合导航信息融合策略。
优选地,所述组合导航信息融合策略的具体内容如下:假定X1(k),P1(k)和X2(k),P2(k)分别是无线电导航子滤波器和光学导航子滤波器的状态估计值和估计误差协方差阵,则全局最优状态估计值和估计误差协方差阵可由下式得到如下式:
Xi(k)=Xg(k)
β1+β2=1,(i=1,2;0≤β≤1)
式中,βi为反馈系数(或称信息分配因子),与子滤波器的估计误差协方差阵成反比,其选择的基本原则是在满足信息守恒公式的前提下与局部滤波器的滤波精度成正比,一般取为固定值;在本方案中,为了获得更好的滤波结果,则使用基于估计误差矩阵的动态分配信息因子算法为如下式:
当某一子系统出现故障性能恶化时,其误差协方差阵就会增大,其所对应的信息分配因子就会减小,因此该子系统在信息融合中所占的比例就会减小,对总体估计性能的影响也减小。
优选地,所述无线电导航、光学导航精度由光学导航敏感器误差、火星星历误差、动力学模型误差、姿态确定误差、导航算法误差决定。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:可满足未来火星探测导航任务需求,为深空探测器高精度导航提供了良好的技术手段,弥补单一导航方法在火星捕获接近段的不足。
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为本发明火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法的流程图。
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,本发明火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法包括以下步骤:
步骤一:火星探测器在接近火星过程中,持续开展地面无线电导航,在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处,光学导航敏感器开机;
步骤二:根据无线电导航与光学导航测量数据,分析无线电导航、光学导航精度;
步骤三:根据无线电导航、光学导航精度,确定导航切换策略,当地面无线电导航精度明显较高时,采取地面无线电导航绝对优先策略,仅无线电导航系统输出导航参数;当光学导航精度明显较高时,采取器上光学自主导航绝对优先策略,仅光学导航输出导航参数;当地面无线电导航与光学导航精度相当时,采取组合导航信息融合策略,获得全局最优估计;
步骤四:至距离火星小于10万公里时,光学导航敏感器关机,切换至地面无线电导航。
本发明火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法采用以下三种切换策略:地面无线电导航绝对优先策略、器上光学自主导航绝对优先策略、组合导航信息融合策略。
组合导航信息融合策略的具体内容如下:假定X1(k),P1(k)和X2(k),P2(k)分别是无线电导航子滤波器和光学导航子滤波器的状态估计值和估计误差协方差阵,则全局最优状态估计值和估计误差协方差阵可由下式得到如下式(1)至(5):
Xi(k)=Xg(k)……(3)
β1+β2=1,(i=1,2;0≤β≤1)……(5)
式中,βi为反馈系数(或称信息分配因子),与子滤波器的估计误差协方差阵成反比,其选择的基本原则是在满足信息守恒公式的前提下与局部滤波器的滤波精度成正比,一般取为固定值;在本方案中,为了获得更好的滤波结果,则使用基于估计误差矩阵(P为范数)的动态分配信息因子算法为如下式(6):
当某一子系统出现故障性能恶化时,其误差协方差阵就会增大,其所对应的信息分配因子就会减小,因此该子系统在信息融合中所占的比例就会减小,对总体估计性能的影响也减小。因此,这种将信息分配因子与子系统的误差矩阵相结合的方法可以大大提高组合系统的可靠性。
光学导航敏感器在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处开机工作,可作为器上轨道递推的备份定轨手段
无线电导航、光学导航精度由光学导航敏感器误差、火星星历误差、动力学模型误差、姿态确定误差、导航算法误差决定。
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 (4)
1.一种火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,其特征在于,所述火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法包括以下步骤:
步骤一:火星探测器在接近火星过程中,持续开展地面无线电导航,在巡航段距离火星1000万公里至10万公里处,光学导航敏感器开机;
步骤二:根据无线电导航与光学导航测量数据,分析无线电导航、光学导航精度;
步骤三:根据无线电导航、光学导航精度,确定导航切换策略,当地面无线电导航精度明显较高时,采取地面无线电导航绝对优先策略,仅无线电导航系统输出导航参数;当光学导航精度明显较高时,采取器上光学自主导航绝对优先策略,仅光学导航输出导航参数;当地面无线电导航与光学导航精度相当时,采取组合导航信息融合策略,获得全局最优估计;
步骤四:至距离火星小于10万公里时,光学导航敏感器关机,切换至地面无线电导航。
2.根据权利要求1所述的火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,其特征在于,所述火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法采用以下三种切换策略:地面无线电导航绝对优先策略、器上光学自主导航绝对优先策略、组合导航信息融合策略。
3.根据权利要求2所述的火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,其特征在于,所述组合导航信息融合策略的具体内容如下:假定X1(k),P1(k)和X2(k),P2(k)分别是无线电导航子滤波器和光学导航子滤波器的状态估计值和估计误差协方差阵,则全局最优状态估计值和估计误差协方差阵可由下式得到如下式:
Xi(k)=Xg(k)
β1+β2=1,(i=1,2;0≤β≤1)
式中,βi为反馈系数(或称信息分配因子),与子滤波器的估计误差协方差阵成反比,其选择的基本原则是在满足信息守恒公式的前提下与局部滤波器的滤波精度成正比,一般取为固定值;在本方案中,为了获得更好的滤波结果,则使用基于估计误差矩阵的动态分配信息因子算法为如下式:
当某一子系统出现故障性能恶化时,其误差协方差阵就会增大,其所对应的信息分配因子就会减小,因此该子系统在信息融合中所占的比例就会减小,对总体估计性能的影响也减小。
4.根据权利要求1所述的火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法,其特征在于,所述无线电导航、光学导航精度由光学导航敏感器误差、火星星历误差、动力学模型误差、姿态确定误差、导航算法误差决定。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810672451.8A CN109059935B (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810672451.8A CN109059935B (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109059935A true CN109059935A (zh) | 2018-12-21 |
CN109059935B CN109059935B (zh) | 2021-03-09 |
Family
ID=64821089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810672451.8A Active CN109059935B (zh) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109059935B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110672105A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-10 | 北京理工大学 | 一种小天体接近段双探测器高精度协同光学导航方法 |
CN110763240A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-07 | 北京理工大学 | 融合轨道机动数据的小天体接近高精度光学导航方法 |
CN112666959A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-16 | 航天科工火箭技术有限公司 | 一种运载火箭姿态失稳状态下的姿态稳定控制方法 |
CN113485391A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-08 | 北京控制工程研究所 | 一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法 |
CN113686361A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-23 | 上海卫星工程研究所 | 火星探测天地协同导航地面验证系统及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070046530A1 (en) * | 2005-08-25 | 2007-03-01 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for satellite navigation |
CN103234538A (zh) * | 2013-04-07 | 2013-08-07 | 北京理工大学 | 一种行星最终接近段自主导航方法 |
CN104567880A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-29 | 北京理工大学 | 一种基于多源信息融合的火星最终接近段自主导航方法 |
CN106767840A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-31 | 上海卫星工程研究所 | 火星探测接近段组合自主导航方法 |
-
2018
- 2018-06-26 CN CN201810672451.8A patent/CN109059935B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070046530A1 (en) * | 2005-08-25 | 2007-03-01 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for satellite navigation |
CN103234538A (zh) * | 2013-04-07 | 2013-08-07 | 北京理工大学 | 一种行星最终接近段自主导航方法 |
CN104567880A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-29 | 北京理工大学 | 一种基于多源信息融合的火星最终接近段自主导航方法 |
CN106767840A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-31 | 上海卫星工程研究所 | 火星探测接近段组合自主导航方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
何峰等: "火星探测自主导航光学敏感器设计", 《中国宇航学会深空探测技术专业委员会第十届学术年会论文集》 * |
徐超等: "基于信息融合的火星抵近段自主导航方法研究", 《中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集(上册)》 * |
王密等: "火星探测巡航段与捕获段光学自主导航方案与关键技术", 《武汉大学学报(信息科学版)》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110672105A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-10 | 北京理工大学 | 一种小天体接近段双探测器高精度协同光学导航方法 |
CN110763240A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-07 | 北京理工大学 | 融合轨道机动数据的小天体接近高精度光学导航方法 |
CN110672105B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-04-20 | 北京理工大学 | 一种小天体接近段双探测器高精度协同光学导航方法 |
CN110763240B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-07-30 | 北京理工大学 | 融合轨道机动数据的小天体接近高精度光学导航方法 |
CN112666959A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-16 | 航天科工火箭技术有限公司 | 一种运载火箭姿态失稳状态下的姿态稳定控制方法 |
CN113485391A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-08 | 北京控制工程研究所 | 一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法 |
CN113485391B (zh) * | 2021-06-08 | 2024-02-23 | 北京控制工程研究所 | 一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法 |
CN113686361A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-23 | 上海卫星工程研究所 | 火星探测天地协同导航地面验证系统及方法 |
CN113686361B (zh) * | 2021-08-31 | 2024-04-02 | 上海卫星工程研究所 | 火星探测天地协同导航地面验证系统及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109059935B (zh) | 2021-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109059935A (zh) | 火星捕获接近段地面导航与器上自主导航切换方法 | |
CN112268559B (zh) | 复杂环境下融合slam技术的移动测量方法 | |
CN106969768A (zh) | 一种无轨导航agv的精确定位及停车方法 | |
CN108303081B (zh) | 一种仿生偏振/惯性/大气数据组合导航系统 | |
CN103575274B (zh) | 高性能星图匹配自主导航定位系统 | |
CN103076005B (zh) | 一种立体测绘与宽幅成像一体化的光学成像方法 | |
CN105424041A (zh) | 一种基于bd/ins紧耦合的行人定位算法 | |
CN103630136A (zh) | 冗余传感器配置下基于三级滤波的导航参数最优融合方法 | |
CN109506660B (zh) | 一种用于仿生导航的姿态最优化解算方法 | |
CN110716222B (zh) | 一种基于无人机的无人车导航方法及系统 | |
CN114488230B (zh) | 一种多普勒定位方法、装置、电子设备和存储介质 | |
Mu et al. | A GNSS/INS-integrated system for an arbitrarily mounted land vehicle navigation device | |
CN104050389A (zh) | 一种实时在线评估导航系统精确度和完好性的方法 | |
CN113900061A (zh) | 基于uwb无线定位与imu融合的导航定位系统及方法 | |
Hsu et al. | Hong Kong UrbanNav: An open-source multisensory dataset for benchmarking urban navigation algorithms | |
Wang et al. | UGV‐UAV robust cooperative positioning algorithm with object detection | |
Zuo et al. | A GNSS/IMU/vision ultra-tightly integrated navigation system for low altitude aircraft | |
CN112904901A (zh) | 一种基于双目视觉slam与融合算法的路径规划方法 | |
CN116753948A (zh) | 一种基于视觉惯性gnss ppp耦合的定位方法 | |
CN109752016A (zh) | 一种用于无人低速车的平行行驶航线轨迹生成系统 | |
CN116124161A (zh) | 一种基于先验地图的LiDAR/IMU融合定位方法 | |
CN113298113B (zh) | 基于列车车载卫星定位观测数据的轨道沿线环境分类方法 | |
Shin et al. | UWB/GPS Sensor Fusion Using Kalman Filter for Outdoor Autonomous Robot | |
CN102269594B (zh) | 基于路径积分的空间导航方法 | |
CN113110602A (zh) | 一种神经网络的高鲁邦性无人机电力设备自动巡检系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |