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多普勒差分測速模型及與x射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多普勒差分測速模型及與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法，其多普勒差分測速模型為Ys(t)＝hs(X,t)+ωv，其中，ωv為多普勒測量噪聲，Ys和hs分別表示測量值和測量方程，Ys＝vD2－vD1，組合導(dǎo)航的方法包括以下步驟：步驟1：建立深空探測器的軌道動力學(xué)模型；步驟2：建立X射線脈沖星導(dǎo)航測距模型；步驟3：建立多普勒差分測速模型；步驟4：利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器濾波。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)與現(xiàn)有脈沖星/多普勒組合導(dǎo)航方法相比，本發(fā)明在不穩(wěn)定的太陽光譜下仍能正常穩(wěn)定工作；(2)與脈沖星導(dǎo)航方法和多普勒導(dǎo)航方法相比，本發(fā)明充分利用了多種導(dǎo)航信息，具有完全可觀測性，能提供更高精度的定位信息。
【專利說明】多普勒差分測速模型及與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深空探測器自主導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種多普勒差分測速模型及與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于深空探測器而言，天文自主導(dǎo)航技術(shù)是至關(guān)重要的。天文自主導(dǎo)航系統(tǒng)通過測量天文數(shù)據(jù)獲得導(dǎo)航信息。天文導(dǎo)航測量方法包括測角、測距、測速三種方法。在深空探測轉(zhuǎn)移軌道，深空探測器與近天體之間的距離很遠(yuǎn)，這將導(dǎo)致測角導(dǎo)航方法定位精度很低，無法滿足深空探測任務(wù)定位高精度的要求。測距導(dǎo)航方法(即X射線脈沖星導(dǎo)航方法)的性能受X射線敏感器面積的限制，精度有限。測速導(dǎo)航方法則利用太陽光譜頻移反演深空探測器速度，測速精度很高，可達(dá)到lcrn/s量級。但該系統(tǒng)不具備完全可觀性，無法長時間單獨(dú)工作，只能作為輔助手段。
[0003]2011年《IET Radar, Sonar&Navigation (雷達(dá),聲納與導(dǎo)航)》上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文((Doppler/XNAV-1ntegrated navigation system using smal 1-area X-ray sensor (米用小面積X射線敏感器的多普勒/脈沖星組合導(dǎo)航系統(tǒng))》中，將脈沖星導(dǎo)航與多普勒導(dǎo)航相結(jié)合，提出了一種脈沖星與多普勒組合導(dǎo)航方法。該方法能在穩(wěn)定的太陽光源下提供高精度定位和定速信息。但在實(shí)際中，受太陽耀斑、日珥、黑子等干擾因素的影響，太陽光譜并不穩(wěn)定。這將會導(dǎo)致在某些時段導(dǎo)航測速信息存在較大偏差，進(jìn)而影響整個組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種多普勒差分測速模型及將多普勒差分測速模型與X射線脈沖星導(dǎo)航相結(jié)合的導(dǎo)航方法，旨在為深空探測器提供高精度的位置和速度信息。
[0005]本發(fā)明的多普勒差分測速模型所采用的技術(shù)方案是:一種多普勒差分測速模型，其特征在于:
[0006]首先假設(shè)深空探測器在h時刻和t時刻的位置分別為A和r，火星在h時刻的位置和速度分別為rM和vM，深空探測器上搭載兩個光譜儀，第一光譜儀在時刻測量太陽直射光的光譜頻移，第二光譜儀在t時刻測量火星反射太陽光的光譜頻移，且^和t的關(guān)系如下所示:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種多普勒差分測速模型，其特征在于: 首先假設(shè)深空探測器在ti時刻和t時刻的位置分別為A和r，火星在時刻的位置和速度分別為rM和vM，深空探測器上搭載兩個光譜儀，第一光譜儀在時刻測量太陽直射光的光譜頻移，第二光譜儀在t時刻測量火星反射太陽光的光譜頻移，且h和t的關(guān)系如下所示:

2.一種利用權(quán)利要求1所述的多普勒差分測速模型與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟B1:建立深空探測器的軌道動力學(xué)模型； 步驟B2:建立X射線脈沖星導(dǎo)航測距模型； 步驟B3:建立多普勒差分測速模型； 步驟B4:利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多普勒差分測速模型與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法，其特征在于:步驟BI中所述的建立深空探測器的軌道動力學(xué)模型，其具體實(shí)現(xiàn)過程為: 因?yàn)樯羁仗綔y器的狀態(tài)矢量X為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多普勒差分測速模型與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法，其特征在于:步驟B2中所述的建立X射線脈沖星導(dǎo)航測距模型，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:步驟2.1:確定用于導(dǎo)航的X射線脈沖星數(shù)量及其方位參數(shù)； 步驟2.2:建立X射線脈沖到達(dá)時間轉(zhuǎn)換模型為:

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多普勒差分測速模型與X射線脈沖星組合導(dǎo)航的方法，其特征在于:步驟B4中所述的利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器濾波，其具體實(shí)現(xiàn)過程為:首先建立脈沖星中濾波器的測量模型，在脈沖星觀測期間，其測量模型h(X，t)和測量值Y為:h (X，t) = hs (X，t) (式十二) Y= Ys (式十三) 一旦獲得了脈沖到達(dá)時間，測量模型h(X，t)和測量值Y則表示為:
【文檔編號】G01C21/00GK103954279SQ201410210854
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】劉勁, 吳謹(jǐn), 熊凌, 王文武, 朱磊, 李娟
申請人:武漢科技大學(xué)