一種基于小行星序列圖像的深空探測(cè)器光學(xué)導(dǎo)航方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于小行星序列圖像的深空探測(cè)器光學(xué)導(dǎo)航方法，給出一種深空探測(cè)器與小行星快速交會(huì)時(shí)，基于小行星交會(huì)圖像序列的光學(xué)導(dǎo)航方法。針對(duì)深空探測(cè)器在無(wú)姿態(tài)調(diào)整、無(wú)軌道維持的自由飛行狀態(tài)下與小行星的近距離交會(huì)模式，建立相對(duì)勻速直線平動(dòng)下的多視幾何約束關(guān)系；將約束關(guān)系與多視幾何解算模型相結(jié)合，計(jì)算世界坐標(biāo)系下探測(cè)器成像點(diǎn)與小行星特征點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算探測(cè)器與小行星的最近交會(huì)距離、交會(huì)角度，以及位置隨時(shí)間變化關(guān)系等空間導(dǎo)航信息。本發(fā)明能夠?qū)粫?huì)距離、交會(huì)角度和運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，精度比基于地基測(cè)量的導(dǎo)航方法有很大的提高。
【專利說(shuō)明】一種基于小行星序列圖像的深空探測(cè)器光學(xué)導(dǎo)航方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器導(dǎo)航與控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于小行星序列圖像的探測(cè)器深空光學(xué)導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著深空探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，小行星探測(cè)已經(jīng)成為21世紀(jì)深空探測(cè)的重要內(nèi)容之一。小行星探測(cè)不僅有助于揭開(kāi)太陽(yáng)系和生命的起源、演化之謎，而且可促進(jìn)地球防護(hù)、空間科學(xué)和空間技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，能為更遠(yuǎn)的深空探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)提供驗(yàn)證，這個(gè)過(guò)程中，深空探測(cè)器的精確導(dǎo)航是保證小行星探測(cè)任務(wù)順利實(shí)施的基本條件。
[0003]早期的探測(cè)器深空導(dǎo)航主要采用天文光學(xué)導(dǎo)航，其特點(diǎn)是基于星空背景和輪廓圖像中心提取導(dǎo)航信息。VoyagerI與VoyagerII是最先嘗試天文光學(xué)導(dǎo)航的行星際軌道器，1979年VoyagerI與木星相遇的時(shí)候測(cè)試了天文光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)，其后與土星、天王星、海王星及其衛(wèi)星的相遇中均進(jìn)行了應(yīng)用。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)從VoyagerII傳回的海王星圖像中提取星體輪廓，用橢圓模型進(jìn)行擬合以確定慣性空間中航行器與目標(biāo)天體的相對(duì)位置，并實(shí)現(xiàn)了地面近實(shí)時(shí)圖像導(dǎo)航。De印Spacel (DSl)是首個(gè)試圖進(jìn)行自主天文光學(xué)導(dǎo)航的軌道器，作為技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)，DSl在探測(cè)小行星Braille以及彗星Borrelly的過(guò)程中對(duì)自主天文光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了成功驗(yàn)證。
[0004]隨著現(xiàn)代光學(xué)成像和計(jì)算機(jī)處理能力的提高，特別是近期MRO、LRO、SELENA及中國(guó)的嫦娥衛(wèi)星搭載的高分辨率相機(jī)實(shí)現(xiàn)了星體表面高精度成像，使得軌道器在目標(biāo)天體系中的高精度定位成為可能。雖然公開(kāi)文獻(xiàn)中多數(shù)方法目前仍然處于試驗(yàn)驗(yàn)證或者數(shù)據(jù)后處理階段，但是這種技術(shù)已經(jīng)受到航天先進(jìn)國(guó)家越來(lái)越多的青睞，如美國(guó)航空航天局(NASA)已經(jīng)在火星偵察軌道器(MRO)上成功實(shí)現(xiàn)了深空軌道器光學(xué)自主導(dǎo)航飛行模式，并在新一輪深空探測(cè)計(jì)劃中將其確立為核心技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是給出一種深空探測(cè)器與小行星快速交會(huì)時(shí)，基于小行星交會(huì)圖像序列的光學(xué)導(dǎo)航方法。
[0006]本發(fā)明包括如下步驟:
[0007]I)針對(duì)深空探測(cè)器在無(wú)姿態(tài)調(diào)整、無(wú)軌道維持的自由飛行狀態(tài)下與小行星的近距離交會(huì)模式，當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系能夠用勻速直線平動(dòng)描述時(shí)，則建立基于多視幾何理論的三個(gè)約束關(guān)系:
[0008](I)極點(diǎn)約束:所有小行星序列圖像的極點(diǎn)坐標(biāo)(ue, Ve)相同，所有反對(duì)稱矩陣[en,Jx的形式統(tǒng)一表達(dá)為[e]x，且有:[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種基于小行星序列圖像的深空探測(cè)器光學(xué)導(dǎo)航方法，其特征在于包括如下步驟: 1)針對(duì)深空探測(cè)器在無(wú)姿態(tài)調(diào)整、無(wú)軌道維持的自由飛行狀態(tài)下與小行星的近距離交會(huì)模式，當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系能夠用勻速直線平動(dòng)描述時(shí)，則建立基于多視幾何理論的三個(gè)約束關(guān)系: (1)極點(diǎn)約束:所有小行星序列圖像的極點(diǎn)坐標(biāo)相同，所有反對(duì)稱矩陣[en，m]x的形式統(tǒng)一表達(dá)為[e]x ,且有:
【文檔編號(hào)】G01C21/24GK103512574SQ201310418426
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】唐歌實(shí), 卜彥龍, 劉勇, 曹建峰, 王保豐, 胡松杰, 王鎵, 李羿霏, 張強(qiáng), 黨瑞鵬, 李黎 申請(qǐng)人:北京航天飛行控制中心