一种自适应实时火星系统星历计算方法与流程

本发明涉及深空探测器火星星历计算方法，特别涉及一种自适应实时火星系统星历计算方法。
背景技术：
：火星探测器在火星附近飞行时，需要自主开展探测器的实时轨道计算、建立对火姿态等任务。因此，在探测器上需要具备实时计算火星及其卫星的位置与速度(星历)的能力。常用的数值星历算法包括拟合法与插值法。由于探测器上的存储资源限制、计算能力限制以及空间环境的影响，并不能将这些数值星历算法直接移植到探测器上。因此，需要在满足探测器星历计算精度需求的前提下对这些数值星历算法进行优选与简化，以满足器上各种约束条件，实现探测器上可靠的星历数据计算能力。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种自适应实时火星系统星历计算方法，通过综合考虑火星探测器上实时计算状态与星历计算精度要求，自主确定探测器上星历自主计算方法及最小计算阶数，具有高可靠低计算量的特征，是适合在深空探测器上使用的火星星历计算方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种自适应实时火星系统星历计算方法，其包含以下步骤：步骤一：实时评估探测器上各星历计算方法的可实施性得到评估值p，再根据评估值p来确定出所选星历计算方法；步骤二：根据要求的星历计算精度a，对所选星历计算方法中采用的最小阶数n进行自动设置；步骤三：使用所选的星历计算方法的最小阶数n，计算火星系统星历值xmars并输出。优选地，探测器上备选的星历计算方法，包含：拟合法与插值法；所述的步骤一中，根据探测器的存储器保存的拟合项系数ai(i＝1,...,n)及插值节点的星历值ri(i＝1,...,n+1)，对探测器上备选的星历计算方法的可实施性进行评估，得到相应的评估值p。优选地，ai状态有效，ri状态有效时，评估值p为1，探测器上的所选星历计算方法为拟合法；ai状态有效，ri状态无效时，评估值p为1，探测器上的所选星历计算方法为拟合法；ai状态无效，ri状态有效时，评估值p为2，探测器上的所选星历计算方法为插值法；ai状态无效，ri状态无效时，评估值p为0，系统报错并退出星历计算模式。优选地，所述的步骤二中，依据要求的精度a，通过查表确定所选星历计算方法的最小阶数n，并进行验证；使用所选星历计算方法，分别计算n阶与n+1阶的火星星历值x|n与x|n+1，若|x|n+1-x|n+1|≤a，n取值验证有效，确定n阶下所选星历计算方法的精度优于a；若|x|n+1-x|n+1|>a，则n＝n+1。优选地，所述的步骤二中，当所选星历计算方法为拟合法时，若要求的精度a为100km，则最小阶数n为3；若要求的精度a为10km，则最小阶数n为4；若要求的精度a为1km，则最小阶数n为7；若要求的精度a为0.1km，则最小阶数n为8。优选地，所述的步骤二中，当所选星历计算方法为插值法时，若要求的精度a为100km，则最小阶数n为4；若要求的精度a为10km，则最小阶数n为6；若要求的精度a为1km，则最小阶数n为8；若要求的精度a为0.1km，则最小阶数n为10。本发明所述自适应实时火星系统星历计算方法，是可以在深空探测器上使用的火星星历计算方法。该方法一方面能满足星历计算精度需求，另一方面通过自主确定探测器上星历自主计算方法及最小计算阶数，具有高可靠低计算量的特征，可满足探测器上的存储资源限制、计算能力限制以及空间环境限制等方面的约束。附图说明以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。图1为本发明的实施原理图；图2为火星星历计算误差图(7阶及8阶拟合法)。具体实施方式本发明提供一种用于火星探测器的自适应实时火星系统星历计算方法，能够根据要求的精度，自动选取合适的星历计算方法，确定器上计算方案，实现有限计算量下的火星系统星历数据可靠输出。如图1所示，本发明所述的自适应火星星历计算方法，其步骤如下：步骤一：实时评估器上各星历计算方法的可实施性p，根据p值确定星历计算方法。所述的步骤一中，根据器上存储数据的有效性，自主确定统一的算法可执行性参数p的值。探测器上有两种星历计算方法备选，拟合法与插值法。拟合法需要确保计算时刻器上存储的拟合项系数ai(i＝1,...,n)有效，而插值法需要确保存储的插值节点的星历值ri(i＝1,...,n+1)有效。探测器在宇宙空间飞行时，存储器容易受到宇宙中高能射线、高能粒子的影响，而使其保存的拟合项系数ai(i＝1,...,n)及插值节点的星历值ri(i＝1,...,n+1)出现丢失、位翻转等情况。因此本方法在实时计算火星星历时首先对各星历计算方法的可实施性p进行评估。具体评估方法如下：表1p值评估表ai状态ri状态p评估值有效有效1有效无效1无效有效2无效无效0当p＝0，系统报错并退出星历计算模式；当p≠0，根据p的评估值，系统按下表2自动选择探测器上的火星星历计算方法。表2p值与星历算法对应表步骤二：根据要求的星历计算精度a，自动设置星历计算方法中采用的最小阶数，并验证。依据精度a，通过查表确定所选星历计算方法(拟合法或插值法)的最小阶数n。表3精度a与最小阶次n对应表an(拟合法/插值法)100km3/410km4/61km7/80.1km8/10随后系统采用n阶与n+1阶星历算法分别计算火星的星历值x|n与x|n+1。通过计算高一阶计算结果，确定n阶算法的星历精度优于a。当两者之差小于a，即，若|x|n+1-x|n+1|≤a，则n取值验证有效；否则，即，若|x|n+1-x|n+1|>a，则n＝n+1。步骤三：采用最小阶数n的星历计算方法，计算火星系统星历值xmars并输出。在上一步确定了星历计算方法的阶数后，系统调用n阶次的拟合多项式/插值多项式计算火星系统(火星、火卫一、火卫二)星历。n阶拟合多项式/插值多项式的具体形式已经很成熟，可以在所有的数值方法的教科书中查到，这里不再赘述。采用本发明在一个假想的火星探测器上计算2020年10月1日全天的火星星历作为具体实施例。其中火星星历的计算精度需求为1km。步骤一：实时评估器上各星历计算方法的可实施性p，根据p值确定星历计算方法。发现探测器上存储的2020年10月1日ai(i＝1,...,n)与ri(i＝1,...,n+1)均有效。因此，p＝1，器上采用拟合法计算星历。步骤二：根据要求的星历计算精度1km，以及上一步确定的拟合法，通过查表取得取小阶数n＝7。分别计算7阶及8阶拟合法计算值x|7与x|8；两者之间的误差如图2所示，星历x是位置矢量，图中三线分别是x7和x8在x,y,z三个分量的差。从图中可以看到|x|8-x|7|≤1，因此，n＝7取值有效。步骤三：采用7阶拟合法计算火星系统星历值xmars并输出；系统调用7阶拟合多项式计算火星星历。综上所述，本发明公开一种用于火星探测器的自适应实时火星系统星历计算方法，实时评估器上各星历计算方法的可实施性p，根据p值确定星历计算方法；同时根据要求的星历计算精度a，自动设置星历计算方法中采用的最小阶数：最后，采用最小阶数的星历计算方法计算火星系统星历值并输出。本方法是能有效地确定可行的最小阶数的星历计算方法，在保障星历计算精度a的前提下，既保证了器上算法的可靠性，又减小了器上计算量的要求。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。当前第1页12