利用火星卫星光学测量实现火星探测器自主导航

摘要

以火星探测为例,提出了通过对火星卫星进行光学测量实现火星探测器自主导航的方法.该方法在火星探测器上搭载光学相机,在飞向火星过程中对火星天然卫星(Phobos,火卫一;Deimos,火卫二)拍摄带有恒星背景的图像;通过恒星位置确定精确的惯性指向,利用得到的光学观测数据完成对火星探测器的自主导航.分别给出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)进行自主导航的方法和仿真计算结果.数据显示:EKF和UKF得到的结果基本一致,说明EKF在线性化过程中损失精度并不多.在巡航段后半程,与火星距离越近,导航精度越高.距离火星(1～5)×107 km时,取数据间隔为1 min,如果测量精度为0.1",导航精度可达10～100 km量级,速度精度为0.01 m/s量级;如果测量精度为1",导航精度也相应要低一个量级.另外,单独使用火卫二的导航精度要高于单独使用火卫一,联合使用火卫一和火卫二的精度最高.仿真计算结果表明,利用火星卫星光学测量的火星探测器自主导航,可满足火星探测器高精度导航的要求.