基于单星定位的火星着陆器初定位方法研究

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1、航天返回与遥感第33卷第6期10SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2012年12月基于单星定位的火星着陆器初定位方法研究陆启省南树军白沁园李绿萍(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要针对火星探测中着陆器的初定位问题，提出了一种利用单个轨道环绕器为着陆器进行无线电定位的计算方法。首先根据投影法求解着陆器的位置初值．再使用最小二乘法．利用一段时间内的轨道器的位置及其与着陆器的距离数据，求解着陆器的经纬度。通过与卫星工具E(satelliteToolKit．STK)软件的计算结果比较，表明此方法是有效的。关键词定位着陆器单星定位最

2、小二乘法火星探测中图分类号：V448．233文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)06—0010—07DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．2012．06．002InitialLocationMethodforMarsLanderBasedonSingleSatelliteLocationLUQishengNANShujunBAIQinyuanLILvping(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)AbstractThelocationoft

3、helanderisakeyprobleminMarsexplorationmissions．Inthisarticleanovelradiopositioningmethodf0rmeMarslanderusingasingleorbiterisintroduced．Firstly,theinitialpositionofthelanderissolvedbyprojectionmethod．Secondly，thegeocentriclatitudeandlongitudeofthelanderisobtainedwithleastsquaremethod

4、，usingtheorbiter’Spositiondataandtherelativedistancebetweenthem．ThelocationmethodisvalidatedbycomparisonwithSTKresults．Keywordslocation；lander；singlesatellite1ocation；leastsquaremethod：Marsexploration1引言在火星探测中。为了获取火星地表的大气、地质等详细科学信息，需要向火星地面投放着陆器。着陆器分离后，轨道环绕器继续在轨飞行：着陆器着陆后，首先需要确定着陆器的位置

5、(即着陆器在火星固连坐标系中的火心经度、纬度)。国外火星探测计划中，着陆器定位一般利用地形匹配技术完成，其基本原理是着陆器通过摄像头等光电设备获取自身周围地形特征．再与已知的火星地形数据库进行比对，最终获得着陆器的精确位置信息【l_3】。这种定位方法需要建立高精度的地形数据库，且不适合具有浓厚大气层的行星(如金星1的着陆探测本文提出了一种基于最小二乘法，利用单个轨道器为着陆器进行无线电定位的计算方法。在该方法中．着陆器将无线电信号发送给轨道器，轨道器利用已知的自身位置信息，以及与着陆器的相对距离进行定位结算，最终获得着陆器的经纬度】。仿真结果表明，该方法具有较

6、高的精度。收稿日期：2012—05—27基金项目：上海市科委课题(10dz1110100)资助第6期陆启省等：基于单星定位的火星着陆器初定位方法研究2数学模型器的经纬度。首先需要根据两个时刻的数据求解着陆器的位置初值，再结合最小二乘法求解着陆器更精确的位置。本文采用了火星固连坐标系。该坐标系定义为，坐标原点为火星质心，参考平面为火星瞬时平赤道，经已知，t。、t。时刻的轨道器位置分别为rs1、，轨道器一着陆器的相对距离为、P。为了减小误差，要求t、t：式中、分别为轨道器和着陆器的位置矢量。由于着陆器的发射功率有限，因此轨道器到着陆器之间存在一个最大的通信距离约束

7、I眦。只有当该距离小于JD一时，轨道器才可以获取相对距离信息。一％os#cos刁2式中P为轨道器与着陆器的相对距离；为轨道器的火心距。：掣(3)令着陆器火心距的单位向量ro为(4)，一．一则有=1(5)令F为与r0的函数，由式(4)可得=(6)对于两个不同时刻、，由式(6)得(7)式中、和rs、分别对应、时刻的数值。轨道器和着陆器的位置关系如图1所示。图中，S1和s2分别为、：时刻轨道器的位置，z为着陆器，0为火星质心。将ro投影到r目、组成的平面上．则有，0三+，·，l(8)式中为r0在、面上的投影；刀为垂线；为常数。航天返回与暹—堕2012年第33卷12S

8、2S0图1轨道器与着陆器的几何关系Fi