基于垂直陀螺和太陽(yáng)羅盤(pán)的月球車(chē)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(wú)地磁、慢自旋、強(qiáng)光照、高粉塵、無(wú)大氣）的特點(diǎn)及月球車(chē)任務(wù)特點(diǎn)（小加速度運(yùn)動(dòng)、“運(yùn)動(dòng)-探測(cè)-數(shù)傳”分步執(zhí)行），提出了基于慣性單元、太陽(yáng)羅盤(pán)的月球車(chē)位姿自主確定方法，并結(jié)合月球車(chē)車(chē)輪編碼器（里程計(jì)）進(jìn)行相對(duì)定位。
　　 根據(jù)月球車(chē)任務(wù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了月球垂直陀螺模型。該模型測(cè)量月球車(chē)三軸加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)程的角速度，實(shí)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(shí)，由加速度反饋修正俯仰角、橫滾角，保證平臺(tái)方向與月球重力方向保持嚴(yán)格一致；月球車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)角速度進(jìn)行積分，通過(guò)加速度反饋修正，使計(jì)算平臺(tái)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(diǎn)，開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)羅盤(pán)原理樣機(jī)。該樣機(jī)南智能CCD相機(jī)、視場(chǎng)一百八十度的魚(yú)目鏡頭組成，并嵌入了太陽(yáng)識(shí)別、太陽(yáng)單位矢量計(jì)算等，實(shí)現(xiàn)在粉塵環(huán)境下的太陽(yáng)方位精確檢測(cè)。進(jìn)而根據(jù)垂直陀螺提供的俯仰角、

3、橫滾角、由VLBI等絕對(duì)定位系統(tǒng)提供的經(jīng)緯度、計(jì)算機(jī)時(shí)鐘，及“日-地-月”星歷，應(yīng)用天文導(dǎo)航原理，確定月球車(chē)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(chē)全姿態(tài)檢測(cè)功能。在月球無(wú)地磁、慢自旋、高粉塵環(huán)境下，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行精確的北向確定及全姿態(tài)確定，為月球車(chē)提供了當(dāng)?shù)氐仄街副眳⒖枷怠７抡婕笆彝鈱?shí)驗(yàn)證明了方法的有效性。
　　 在檢測(cè)月球車(chē)全姿態(tài)的基礎(chǔ)上，通過(guò)月球車(chē)車(chē)輪編碼器進(jìn)行航位推算。針對(duì)傳統(tǒng)車(chē)輪編碼器相對(duì)定位精度不高的缺點(diǎn)，