月面起飛初始對準(zhǔn)及慣性器件標(biāo)定技術(shù)研究.pdf

1、月球登陸器是月球探測最直接有效的工具，登陸器在抵達(dá)月球后，落點(diǎn)位置難免會有偏差，姿態(tài)也需要及時測定，而且由于長時間的月面作業(yè)，其攜帶的慣導(dǎo)系統(tǒng)累計(jì)誤差較大。當(dāng)?shù)顷懫鲝脑旅嫫痫w時，需利用外部提供的導(dǎo)航信息對登陸器進(jìn)行初始位姿確定，并進(jìn)一步對慣導(dǎo)進(jìn)行初始對準(zhǔn)，為登陸器的成功返航提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航基礎(chǔ)。同時，需要估計(jì)出月面環(huán)境下慣性器件（陀螺和加速度計(jì)）的誤差，實(shí)現(xiàn)對慣性器件的誤差標(biāo)定。
　　本研究考慮登陸器月面起飛時的特殊環(huán)境，提出利用V

2、LBI（Very Long Baseline Interferometry甚長基線干涉測量）地面測控+自主天文觀測的方法進(jìn)行登陸器起飛初始定位，這樣能兼顧地面測控定位精度好、可靠性高和天文觀測定位自主性強(qiáng)的特點(diǎn)，很好地滿足月面登陸器精確定位的要求。通過差分VLBI定位方法減小或消除了地面測控的系統(tǒng)誤差，實(shí)現(xiàn)登陸器的高精度定位；基于我國目前的VLBI測控網(wǎng)，提出了一個實(shí)現(xiàn)月球登陸器準(zhǔn)確定位的地面測控方案，并通過數(shù)學(xué)仿真，驗(yàn)證了方案和算法的

3、可行性和合理性。提出利用星敏感器測姿、加速度計(jì)結(jié)合太陽敏感器測姿兩種方法給月球登陸器進(jìn)行起飛初始定姿。星敏感器測量精度高，但視場范圍小，若星敏感器因?yàn)闊o法獲得導(dǎo)航星的原因而得不到有效的姿態(tài)數(shù)據(jù)時，則考慮使用太陽敏感器獲得太陽矢量信息，再結(jié)合加速度計(jì)獲得的月球重力方向進(jìn)行定姿，這種方案保證了精度和可靠性兩大最重要的定姿指標(biāo)，具有較好的工程參考價值。選用月球當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，結(jié)合月球的環(huán)境特性，對月面靜基座條件下的慣導(dǎo)工作特性進(jìn)行

4、詳細(xì)分析，并對慣性器件誤差、慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差進(jìn)行精確建模。先通過月面靜基座初始自對準(zhǔn)方法，粗略估計(jì)得到登陸器小量姿態(tài)失準(zhǔn)角，在此基礎(chǔ)上，以慣導(dǎo)一階誤差傳播模型為狀態(tài)方程，同時為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)定，根據(jù)慣性器件誤差傳播模型，將慣性器件的隨機(jī)常值誤差項(xiàng)擴(kuò)展為狀態(tài)量，利用靜基座下慣導(dǎo)的速度輸出、地面測控定位信息和星光定姿信息建立量測方程，設(shè)計(jì)濾波器，通過卡爾曼濾波算法估計(jì)出登陸器在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的姿態(tài)失準(zhǔn)角誤差和慣性器件的隨機(jī)常值誤差，從而實(shí)現(xiàn)月面起飛初始