一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法
【專利摘要】一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法，本方法通過調(diào)整著陸下降程序的啟動(dòng)時(shí)刻與星載計(jì)算機(jī)的控制周期起始時(shí)刻一致，同時(shí)將導(dǎo)航初值按照星載計(jì)算機(jī)的控制周期起始時(shí)刻進(jìn)行更新，確保了導(dǎo)航初值、著陸下降程序起始時(shí)刻與控制周期起始時(shí)刻同步，進(jìn)而改善了著陸下降過程的導(dǎo)航精度；本發(fā)明的時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)算法，簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，不需要再地面進(jìn)行大量的校時(shí)計(jì)算等工作，只需要星上自主進(jìn)行軌道外推計(jì)算即可。
【專利說明】一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法，適用于航天探測(cè)器地外天體著陸過程的導(dǎo)航任務(wù)需求。
【背景技術(shù)】
[0002]著陸導(dǎo)航精度對(duì)確保著陸安全至關(guān)重要。導(dǎo)航初值的準(zhǔn)確性是確保著陸導(dǎo)航精度的先決條件。
[0003]由于航天探測(cè)器都配置有星敏和陀螺等慣性姿態(tài)敏感器，因此姿態(tài)信息可以由探測(cè)器自主獲取，而探測(cè)器相對(duì)于特定天體的平動(dòng)信息，如位置和速度等，探測(cè)器不具備主動(dòng)獲取這些平動(dòng)信息(位置和速度)的能力，需要由地面測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量確定，并上行注入到探測(cè)器的星載計(jì)算機(jī)中。
[0004]探測(cè)器在啟動(dòng)著陸程序前，首先需接收到由地面站注入的著陸程序啟動(dòng)時(shí)刻的位置速度信息，作為導(dǎo)航初值。在著陸程序啟動(dòng)時(shí)刻，探測(cè)器星載計(jì)算機(jī)采集星敏和陀螺(獲取探測(cè)器的慣性姿態(tài)信息)、加速度計(jì)(獲取探測(cè)器的比力加速度信息)、測(cè)距敏感器(獲取探測(cè)器相對(duì)月面的高程信息)、測(cè)速敏感器(獲取探測(cè)器相對(duì)月面的速度)的測(cè)量數(shù)據(jù)，以地面注入的探測(cè)器的位置速度信息為導(dǎo)航初值，進(jìn)行導(dǎo)航計(jì)算。
[0005]導(dǎo)航初值的準(zhǔn)確性，既包括位置速度信息的準(zhǔn)確性、位置速度信息所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻的準(zhǔn)確性，也包括著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻的準(zhǔn)確性。確保兩者同步啟動(dòng)，對(duì)改善著陸導(dǎo)航精度十分重要。
[0006]探測(cè)器的星載計(jì)算機(jī)是按照控制周期進(jìn)行離散控制的，在這種機(jī)制下，如果簡(jiǎn)單的采用判斷當(dāng)前時(shí)刻是否大于著·陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻的方法來啟動(dòng)著陸下降程序，是不能保證著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻與地面注入的導(dǎo)航初值時(shí)刻嚴(yán)格對(duì)齊的。由于探測(cè)器在軌運(yùn)行速度較大，經(jīng)計(jì)算，控制周期為128ms時(shí)(航天器控制周期的典型值)，經(jīng)計(jì)算僅由于時(shí)間的不匹配性就會(huì)導(dǎo)致著陸末期垂向高度誤差就有近百米。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法，解決了由于導(dǎo)航初值時(shí)刻與著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻不同步造成的導(dǎo)航誤差問題。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法，步驟如下:
[0009]I)在探測(cè)器啟動(dòng)著陸下降程序前，由地面測(cè)控站向探測(cè)器注入著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻h以及h時(shí)刻探測(cè)器的位置信息A和速度信息Vtl ；
[0010]2)根據(jù)地面注入的著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻h，和當(dāng)前控制周期啟動(dòng)時(shí)刻t，獲得新的著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻Icimw ；
[0011]3)探測(cè)器上的星載計(jì)算機(jī)以步驟I)獲得的位置信息A和速度信息Vtl為初值，以t0new-t0為軌道積分時(shí)長(zhǎng)，采用軌道外推的方法，獲取Itlnew時(shí)刻探測(cè)器的位置信息I^new和速度息 Vctaew ；
[0012]4)探測(cè)器上的星載計(jì)算機(jī)在以Icimw為起始時(shí)刻的控制周期來臨時(shí)啟動(dòng)著陸下降程序，星載計(jì)算機(jī)以Icimw時(shí)刻探測(cè)器的位置信息和速度信息Vttew為初值，開始下降過程的導(dǎo)航計(jì)算。
[0013]所述步驟2)中獲得新的著陸程序啟動(dòng)時(shí)刻^ew的具體方法為:(t1-t) =nXT,且ItlnewHtl, Ct0new-T) <t0 ;其中η為正整數(shù)，T為星載計(jì)算機(jī)的控制周期。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]I)本發(fā)明確保了“著陸程序”啟動(dòng)時(shí)刻與導(dǎo)航初值時(shí)刻的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，避免了由于導(dǎo)航初值與時(shí)刻不同步造成的導(dǎo)航誤差。
[0016]2)本發(fā)明的時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)算法，簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)。
[0017]3)本發(fā)明的方法不需要再地面進(jìn)行大量的校時(shí)計(jì)算等工作，只需要星上自主進(jìn)行軌道外推計(jì)算即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為初值時(shí)刻不同步誤差A(yù)t示意圖；
[0019]圖2為初值時(shí)刻不同步誤差引發(fā)的速度誤差示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖3所示本發(fā)明 方法的具體步驟為:
[0022]I)在探測(cè)器啟動(dòng)著陸下降程序前，由地面測(cè)控站向探測(cè)器注入著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻h以及h時(shí)刻探測(cè)器的位置信息A和速度信息Vtl ；
[0023]2)根據(jù)地面注入的著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻h，和當(dāng)前控制周期啟動(dòng)時(shí)刻t，計(jì)算獲得新的著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻I^new,具體方法為:(tc^-t) =nXT,且Utci, Utlmw-T) <t0 ；其中η為正整數(shù)，T為星載計(jì)算機(jī)的控制周期
[0024]3)探測(cè)器上的星載計(jì)算機(jī)以步驟I)獲得的位置信息A和速度信息Vtl為初值，以t0new-t0為軌道積分時(shí)長(zhǎng)，采用軌道外推的方法，獲取Itlnew時(shí)刻探測(cè)器的位置信息I^new和速度信息;具體獲取方法可參見:《衛(wèi)星軌道姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制》，章仁為，北京航空航天大學(xué)，1998。
[0025]4)探測(cè)器上的星載計(jì)算機(jī)在以Itlnew為起始時(shí)刻的控制周期來臨時(shí)啟動(dòng)著陸下降程序，星載計(jì)算機(jī)以Icimw時(shí)刻探測(cè)器的位置信息和速度信息Vttew為初值，開始下降過程的導(dǎo)航計(jì)算。
[0026]下面舉個(gè)例子對(duì)本方法進(jìn)行具體說明:
[0027]以月球著陸任務(wù)為例。月球探測(cè)器在環(huán)月軌道運(yùn)行時(shí)繞月速度約為1.7km/s (典型值)。如果不進(jìn)行初值同步的話，Ittew與、的時(shí)間差A(yù)t極限情況下有可能是I個(gè)控制周期。參見圖1。
[0028]由于At的存在，當(dāng)探測(cè)器啟動(dòng)著陸下降程序時(shí)，其速度Vl相對(duì)于h時(shí)刻的速度vO發(fā)生了變化。經(jīng)計(jì)算可以得到初始導(dǎo)航的垂向速度誤差Λ V約為0.2m/s。參見圖2。
[0029]由于著陸過程所需時(shí)間的典型值大于600s，則由于初值時(shí)刻不同步誤差A(yù)t引起的高程誤差約一百米。
[0030] 本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法，其特征在于步驟如下：1)在探測(cè)器啟動(dòng)著陸下降程序前，由地面測(cè)控站向探測(cè)器注入著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻 to以及h時(shí)刻探測(cè)器的位置信息A和速度信息V(l ;2)根據(jù)地面注入的著陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻h，和當(dāng)前控制周期啟動(dòng)時(shí)刻t，獲得新的著 陸下降程序啟動(dòng)時(shí)刻；3)探測(cè)器上的星載計(jì)算機(jī)以步驟1)獲得的位置信息A和速度信息V(l為初值，以 t0new-t0為軌道積分時(shí)長(zhǎng)，采用軌道外推的方法，獲取時(shí)刻探測(cè)器的位置信息r—和速 度息;4)探測(cè)器上的星載計(jì)算機(jī)在以為起始時(shí)刻的控制周期來臨時(shí)啟動(dòng)著陸下降程序， 星載計(jì)算機(jī)以時(shí)刻探測(cè)器的位置信息r(lnOT和速度信息V(1MW為初值，開始下降過程的導(dǎo) 航計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善著陸導(dǎo)航精度的初值同步方法，其特征在于：所 述步驟2)中獲得新的著陸程序啟動(dòng)時(shí)刻的具體方法為：（、_-〖）=nXT，且 (t0new-T) <t0 ;其中n為正整數(shù)，T為星載計(jì)算機(jī)的控制周期。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK103591948SQ201310485300
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】張洪華, 于萍, 關(guān)軼峰, 趙宇, 梁俊, 程銘, 何健, 王大軼, 王鵬基, 黃翔宇, 李驥, 楊巍, 于潔 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所