基于垂直陀螺和太陽羅盤的月球車位姿自主確定研究.pdf

1、根據(jù)航天器（體積小、質(zhì)量輕、功耗低）的需求、月球環(huán)境（無地磁、慢自旋、強光照、高粉塵、無大氣）的特點及月球車任務(wù)特點（小加速度運動、“運動-探測-數(shù)傳”分步執(zhí)行），提出了基于慣性單元、太陽羅盤的月球車位姿自主確定方法，并結(jié)合月球車車輪編碼器（里程計）進行相對定位。
　　 根據(jù)月球車任務(wù)特點，設(shè)計了月球垂直陀螺模型。該模型測量月球車三軸加速度、轉(zhuǎn)動加速度、俯仰角和橫滾角。工作原理是：應(yīng)用三軸加速度反饋捷聯(lián)結(jié)算過程的角速度，實現(xiàn)俯仰

2、角與橫滾角的穩(wěn)定輸出，抑制純捷聯(lián)結(jié)算的姿態(tài)漂移。靜止時，由加速度反饋修正俯仰角、橫滾角，保證平臺方向與月球重力方向保持嚴(yán)格一致；月球車運動時，通過角速度進行積分，通過加速度反饋修正，使計算平臺方向與月球重力方向保持基本一致。
　　 根據(jù)月球環(huán)境特點，開發(fā)了太陽羅盤原理樣機。該樣機南智能CCD相機、視場一百八十度的魚目鏡頭組成，并嵌入了太陽識別、太陽單位矢量計算等，實現(xiàn)在粉塵環(huán)境下的太陽方位精確檢測。進而根據(jù)垂直陀螺提供的俯仰角、

3、橫滾角、由VLBI等絕對定位系統(tǒng)提供的經(jīng)緯度、計算機時鐘，及“日-地-月”星歷，應(yīng)用天文導(dǎo)航原理，確定月球車在當(dāng)?shù)氐仄阶鴺?biāo)系下的航向角，從而完成高精度的月球車全姿態(tài)檢測功能。在月球無地磁、慢自旋、高粉塵環(huán)境下，該系統(tǒng)能夠進行精確的北向確定及全姿態(tài)確定，為月球車提供了當(dāng)?shù)氐仄街副眳⒖枷?。仿真及室外實驗證明了方法的有效性。
　　 在檢測月球車全姿態(tài)的基礎(chǔ)上，通過月球車車輪編碼器進行航位推算。針對傳統(tǒng)車輪編碼器相對定位精度不高的缺點，