基于路标观测角的星际着陆器自主位姿确定技术

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1、第31卷第2期2010年2月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASlNICAV01．31No．2Feb．2010文章编号：1000—6893(2010)02—0318—09基于路标观测角的星际着陆器自主位姿确定技术朱圣英1，崔平远1’2，崔祜涛2，邵巍2(1．北京理工大学深空探测技术研究所，北京100081)(2．哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心，黑龙江哈尔滨150001)AutonomousPositionandAttitudeDeterminationforInterplanetaryLandersBasedon

2、LandmarkObservationAnglesZhuShengyin91，CuiPingyuanl”，CuiHuta02，ShaoWei2(1．DeepSpaceExplorationTechnologyInstitute，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)(2．DeepSpaceExplorationResearchCenter，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：针对利用导航路标进行六自由度状态估计这一非线性、模糊

3、性问题，对星际着陆器自主位姿确定技术进行了研究。为了减小算法的复杂性，提高求解精度，基于欧式变换下角度不变性，提出以导航路标观测视线之间所形成的夹角作为观测量，对像素观测方程中位置，姿态状态进行解耦求解。通过对观测矩阵的讨论，分析了导航路标空间分布对位姿确定精度的影响，给出了导航路标选取的最优观测方案。最后利用蒙特卡罗仿真对所提导航算法进行了验证，并对影响导航精度的各相关因素进行了分析。关键词：自主位姿确定；星际着陆器；导航路标；观测角；最优观测；几何最优中图分类号：V448．22文献标识码：AAbstract：Todealwiththenon-l

4、inearandnon-uniquequestionofsixfreedomstatesestimationusingthepixelsofnavigationlandmarks，theautonomouspositionandattitudedeterminationforinterplanetarylandersisdis—cussed．Basedontheinvariabilityofanglesinorthogonaltransformation，thepositionandattitudearedecou—piedfordetermina

5、tionbyimportingtheobservationanglesbetweenofmeasuredlinesofsightSOastoreducealgorithmiccomplexityandimprovesolutionprecision．Fortheoptimalobservationquestions，anobservationmatrixisutilizedtOanalyzetheeffectoflandmarkgeometryconfigurationondeterminationprecision，andano—vellandm

6、arkselectingschemeisproposedtOimprovetheprecisionofstateestimation．Finally，theautono—mousopticalnavigationalgorithmisvalidatedandthefactorsinfluencingnavigationprecisionisanalyzedusingMonteCarlosimulations．Keywords：autonomouspositionandattitudedetermination；interplanetarylande

7、r；navigationlandmark；ob—servationangle；optimalobservation；geometryoptimization星际软着陆是未来深空探测最复杂的任务之一，由于通信延迟及深空动力学环境的复杂性，采用传统的基于地面遥控的导航、控制模式已无法满足实现高精度软着陆的需要，这要求着陆器必须具有自主导航功能。由于惯性测量单元存在常值偏差和漂移，导航精度较低，同时随着导航相机等光学敏感器的发展，以光学信息为主的星际软着陆自主导航方法已成为研究热点[1‘8]。其中，针对目标天体表面存在大量弹坑的地形特点，美国国家航空航天

8、局(NASA)加利福尼亚研究中心提出了利用弹坑作为导航路标进行探测器状态估计的思想[4]，基于该思想，各国航天机构展开了大