CN111323021A - 一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法 - Google Patents

一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，涉及火星探测器星敏感器和陀螺使用领域；通过对4个优先级不同的星敏感器依次进行故障诊断，判断是否需要使用陀螺仪输出火星探测器的姿态；当使用陀螺仪输出火星探测器的姿态时，实时按照优先级依次对4个星敏感器进行重启，实现故障排除；当存在故障排除的星敏感器时，实时切换为由星敏感器输出火星探测器的姿态；确无故障排除的星敏感器后，保持由陀螺仪输出火星探测器的姿态；本发明实现了火星探测器飞行全过程中，星敏感器能够自主诊断并重构，在全部故障后具备自主重启的能力，在无星敏可用的情况下，自主切换陀螺积分提供高精度的姿态信息。

Description

一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法
技术领域
本发明属于火星探测器星敏感器和陀螺使用领域，涉及一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法。
背景技术
火星探测器在飞行全过程中，需要进行姿态测量，以进行设定任务的控制。
国内无火星探测经验，地球卫星地面操控方便。然而对于火星探测器而言，具有器地距离远，通讯延时大的特点，单纯借鉴地球卫星的星敏感器处理方法，存在实时性不足的特点，为提高火星环探测器高精度姿态测量的可靠性，需要自主对星敏感器进行故障诊断，重构以及断电重启操作。
此外，考虑星敏感器可通过断电重启排除大部分故障，且随着深空探测任务与地球的距离越来越远，目前缺乏一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用策略。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，实现了火星探测器飞行全过程中，星敏感器能够自主诊断并重构，在全部故障后具备自主重启的能力，在无星敏可用的情况下，自主切换陀螺积分提供高精度的姿态信息。。
本发明解决技术的方案是：
一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，包括如下步骤：
步骤一、火星探测器包括4个星敏感器和陀螺仪，将4个星敏感器按经验优先等级进行排序，分为第一优先级星敏感器、第二优先级星敏感器、第三优先级星敏感器和第四优先级星敏感器；
步骤二、对第一优先级星敏感器进行单机级故障诊断；当诊断第一优先级星敏感器无故障时，由第一优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第一优先级星敏感器故障，将第一优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤三；
步骤三、对第二优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第二优先级星敏感器无故障时，由第二优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第二优先级星敏感器故障，将第二优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤四；
步骤四、对第三优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第三优先级星敏感器无故障时，由第三优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第三优先级星敏感器故障，将第三优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤五；
步骤五、对第四优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第四优先级星敏感器无故障时，由第四优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第四优先级星敏感器故障，将第四优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤六；
步骤六、切换使用陀螺仪输出火星探测器的姿态；在陀螺仪的工作过程中，对当前第一优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤七、判断重启n次后第一优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第二优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤八、判断重启n次后第二优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第三优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤九、判断重启n次后第三优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第四优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤十、判断重启n次后第四优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，保持使用陀螺仪输出火星探测器姿态。
在上述的一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，所述步骤二中，星敏感器单机故障诊断的具体方法为：对该星敏感器进行连续10个诊断周期的故障诊断；当其中8个诊断周期出现故障现象时，认为该星敏感器单机故障；否则认为不故障。
在上述的一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，所述故障现象包括通讯异常、输出不变、输出跳变和状态字异常；当出现任意一种故障现象，认为该星敏感器故障。
在上述的一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，所述步骤六中，n＝3。本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明使火星探测器在飞行全过程中，使火星探测器在飞行全程各个阶段能够自主进行星敏系统之间的切换，星敏系统与陀螺系统之间的切换；并根据火星探测器飞行模式的不同，自主决策当前拍使用星敏输出数据或者陀螺积分姿态；
(2)本发明按照优先级依次对4个星敏感器进行故障判断，当存在无故障的星敏感器时，采用该星敏感器输出火星姿态数据，提高了星敏感器的使用效率；
(3)本发明当4个星敏感器均为故障状态时，指定了陀螺仪切换的策略，保证了火星姿态数据输出的连续性；
(4)本发明在陀螺仪输出火星姿态数据的同时，设置了星敏感器的自动重启，通过重启排除故障，再次增加了排除故障的可靠性。
附图说明
图1为本发明星敏感器及陀螺使用流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供了一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，使火星探测器在飞行全程各个阶段能够自主进行星敏系统之间的切换，星敏系统与陀螺系统之间的切换。根据火星探测器飞行模式的不同，自主决策当前拍使用星敏输出数据或者陀螺积分姿态。与现有技术相比，其有益效果是：一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用策略，使火星探测器能够实现在轨星敏感器自主诊断，重构以及断电重启，提高了高精度姿态测量的可靠性。
如图1所示，星敏感器及陀螺在轨联合使用方法主要包括如下步骤：
步骤一、火星探测器包括4个星敏感器和陀螺仪，将4个星敏感器按经验优先等级进行排序，分为第一优先级星敏感器、第二优先级星敏感器、第三优先级星敏感器和第四优先级星敏感器；
步骤二、对第一优先级星敏感器进行单机级故障诊断；当诊断第一优先级星敏感器无故障时，由第一优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第一优先级星敏感器故障，将第一优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤三；星敏感器单机故障诊断的具体方法为：对该星敏感器进行连续10个诊断周期的故障诊断；当其中8个诊断周期诊断为故障时，认为该星敏感器单机故障；否则认为不故障。所述故障现象包括通讯异常、输出不变、输出跳变和状态字异常；当出现任意一种故障现象，认为该星敏感器故障。
步骤三、对第二优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第二优先级星敏感器无故障时，由第二优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第二优先级星敏感器故障，将第二优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤四；
步骤四、对第三优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第三优先级星敏感器无故障时，由第三优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第三优先级星敏感器故障，将第三优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤五；
步骤五、对第四优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第四优先级星敏感器无故障时，由第四优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第四优先级星敏感器故障，将第四优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤六；
步骤六、切换使用陀螺仪输出火星探测器的姿态；在陀螺仪的工作过程中，对当前第一优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；n＝3。
步骤七、判断重启n次后第一优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第二优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤八、判断重启n次后第二优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第三优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤九、判断重启n次后第三优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第四优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤十、判断重启n次后第四优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，保持使用陀螺仪输出火星探测器姿态。
本发明使火星探测器在飞行全过程中，使火星探测器在飞行全程各个阶段能够自主进行星敏系统之间的切换，星敏系统与陀螺系统之间的切换；并根据火星探测器飞行模式的不同，自主决策当前拍使用星敏输出数据或者陀螺积分姿态；按照优先级依次对4个星敏感器进行故障判断，当存在无故障的星敏感器时，采用该星敏感器输出火星姿态数据，提高了星敏感器的使用效率；当4个星敏感器均为故障状态时，指定了陀螺仪切换的策略，保证了火星姿态数据输出的连续性；在陀螺仪输出火星姿态数据的同时，设置了星敏感器的自动重启，通过重启排除故障，再次增加了排除故障的可靠性。
本发明通过一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，实现火星探测器星敏感器在轨自主诊断，重构与断电重启，使得火星探测器姿态测量系统的自动化程度得到提高。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、火星探测器包括4个星敏感器和陀螺仪，将4个星敏感器按经验优先等级进行排序，分为第一优先级星敏感器、第二优先级星敏感器、第三优先级星敏感器和第四优先级星敏感器；
步骤二、对第一优先级星敏感器进行单机级故障诊断；当诊断第一优先级星敏感器无故障时，由第一优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第一优先级星敏感器故障，将第一优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤三；
步骤三、对第二优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第二优先级星敏感器无故障时，由第二优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第二优先级星敏感器故障，将第二优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤四；
步骤四、对第三优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第三优先级星敏感器无故障时，由第三优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第三优先级星敏感器故障，将第三优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤五；
步骤五、对第四优先级星敏感器进行单机级故障诊断，当诊断第四优先级星敏感器无故障时，由第四优先级星敏感器输出火星探测器的姿态；当诊断第四优先级星敏感器故障，将第四优先级星敏感器的优先级降为最低，进入步骤六；
步骤六、切换使用陀螺仪输出火星探测器的姿态；在陀螺仪的工作过程中，对当前第一优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤七、判断重启n次后第一优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第二优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤八、判断重启n次后第二优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第三优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤九、判断重启n次后第三优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，对当前第四优先级的星敏感器进行重启；并判断重启后的星敏感器是否故障排除；当故障排除时，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除时，继续重启该星敏感器；该星敏感器的重启次数阈值为n；
步骤十、判断重启n次后第四优先级的星敏感器是否排除故障；当故障排除，切换使用该星敏感器输出火星探测器的姿态；当故障未排除，保持使用陀螺仪输出火星探测器姿态。
2.根据权利要求1所述的一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，其特征在于：所述步骤二中，星敏感器单机故障诊断的具体方法为：对该星敏感器进行连续10个诊断周期的故障诊断；当其中8个诊断周期诊断为故障时，认为该星敏感器单机故障；否则认为不故障。
3.根据权利要求2所述的一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，其特征在于：所述故障现象包括通讯异常、输出不变、输出跳变和状态字异常；当出现任意一种故障现象，认为该星敏感器故障。
4.根据权利要求3所述的一种适用于火星探测的星敏感器及陀螺在轨联合使用方法，其特征在于：所述步骤六中，n＝3。
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