基于AE-UKF的航天器自主导航方法

针对自主导航过程中不确定的测量噪声和干扰的影响,提出了一种具有自适应能力的状态估计方法AE\|UKF方法。该方法通过对非线性的状态方程进行Unscented变换,对非线性的测量方程求取雅可比矩阵,同时在滤波迭代过程中引入自适应因子,使滤波器具有自适应能力。将AE\|UKF方法应用于自主导航系统导航信息的估计过程中,仿真结果表明：AE\|UKF方法在达到UKF方法精度的同时,能够克服自主导航过程中不确定的噪声和随机干扰的影响。     

导航星座自主星历更新技术

自主星历更新是导航星座自主导航的关键技术之一,包括卫星轨道精确确定和轨道短时预报两个方面的内容.相比之下,卫星轨道短时外推预报容易实现.因而,本文在系统地论述导航星座自主导航信息处理流程的基础上,重点提出一整套由星间双向伪距和测量方程、卫星受摄轨道系统状态方程、以及协方差匹配自适应Kalman滤波组成的卫星自主轨道确定算法.仿真结果表明：利用星载Kalman滤波器处理星间双向测量数据,卫星自主轨道确定精度和用户测距精度可以分别达到5.40m、1.86m,能够满足用户高精度导航应用需求.初步证明导航星座自主导航信息处理流程及其星历更新算法的合理性和可行性.     

基于X射线脉冲星和星间链路的导航星座自主导航仿真研究

主要对基于X射线脉冲星和对基于星间链路的导航星座自主导航方法进行了仿真研究.同时提出了基于2种导航方法相融合的新方法,仿真研究证明两者融合的导航方法有效提高了位置估计精度,为导航星座自主导航研究提供了一种新的思路和实现途径.     

RJMCMC粒子滤波方法在月球探测器自主天文导航中的应用

天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统.针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化等问题,提出了一种将RJMCMC(可逆跳转马尔可夫链蒙特卡罗)算法应用于月球探测器自主天文导航粒子滤波器中的新方法.计算机仿真结果显示了该方法在加快收敛速度、提高导航定位精度和自适应调整粒子个数方面的有效性和可行性.     

模糊自适应卡尔曼滤波技术研究

提出了一种基于模糊自适应卡尔曼滤波技术的组合导航的新方法。这一方法主要应用于自主式机动飞行器。用模糊逻辑自适应控制器对卡尔曼滤波器的噪声方差进行“在线”修正,将卡尔曼滤波器调整到最优状态,从而提高组合导航系统的精度。通过对ＧＰＳ/ＩＮＳ组合导航系统的仿真,验证了模糊自适应卡尔曼滤波器比常规卡尔曼滤波器具有更高的精度。该方法的研究对飞行器的导航与制导具有重要意义。     

光谱红移自主导航新方法

提出了一种基于太阳系天体光谱红移测量的自主导航新方法.以太阳系天体作为光源和信息源,由实时光谱红移测量值获得航天器在惯性坐标系中的飞行速度,实现航天器的自主导航.与现有自主导航方法相比,该法不依赖地面无线电信息,无需引入航天器轨道动力学,具有高度自主、简单易行、无时延等优势,在深空探测领域有广阔的应用前景,并可为近地卫星的自主导航提供参考与借鉴.     

一种强跟踪非线性衰减滤波的环月自主导航方法研究

针对月球所具有的特殊环境,将两个航天器利用相对位置信息导航的方法应用到环月航天器的自主导航中.由于低轨道环月的摄动力模型受复杂性因素的影响,动力学模型存在较大的误差,导致滤波发散,就此提出一种自适应衰减因子非线性滤波方法.通过仿真结果比较表明,此方法不仅能更好地消除非平稳随机噪声带来的长期项状态估计误差,还能适应采样周期的实时变化进而保证最佳的衰减抑制效果.     

面向小推力变轨的天文组合自主导航方法

针对小行星探测任务对导航系统自主性强、实时性高的需求,研究了一种面向小推力变轨的天文组合自主导航方法。根据工程实践分析并建立了电推进变轨过程中的动力学模型,给出了天文测角测速组合的小行星探测自主导航方案。为克服小行星探测器推力的不确定性,提出了采用自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波(AIMM-UKF)算法,以较少的模型个数实现对导航系统状态的覆盖,克服了模型集合先验信息不准确对导航精度的影响,提高了组合导航系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,通过数学仿真对组合导航算法的性能进行了验证,结果表明本文提出的组合导航方法估计精度更高、计算消耗更小,可满足小行星探测工程任务对导航系统自主性、实时性和高精度的需求。     

基于自然偏振光的自主导航新方法研究进展

利用自然偏振光进行导航的思想来源于地球上的蜜蜂、蚂蚁等生物的导航方式,人们借鉴这些生物的导航方法,研究设计了偏振光导航设备,用于船舶、飞机、车辆与机器人等地面交通工具和运动物体的实时导航.介绍了大气偏振光的基本模式,以及生物利用偏振光导航的基本原理,综述了目前利用偏振光进行大气层内运动体导航的研究进展,以及偏振光导航研究的基本内容,并且讨论了将自然偏振光导航方法推广到大气层外,进行航天器空间自主姿态确定与自主导航的优点与发展前景.     

基于可观测性的序列图像自主导航观测时序规划方法

针对行星着陆自主导航中图像处理计算负担重的问题,分析了序列图像自主导航的可观测性,并提出了一种观测时序规划方法。通过可观测性分析得到了在未知环境中使状态可观测的最少观测次数,这是切换观测陆标的边界条件。在此基础上,通过优化所构建的深度估计误差模型获得最佳观测间隔时间,从而自适应地规划观测时序,减少图像处理次数。仿真结果验证了可观测性分析的正确性,以及提出的观测时序规划方法的有效性,相比每个采样时刻均观测陆标,在不明显影响导航精度的条件下减少陆标观测次数45.9%,有效降低序列图像在线处理的计算负担,大幅提升未知环境中行星着陆器基于序列图像的自主导航能力。     

一种月球车惯性/视觉组合导航方法研究

基于月球车主要依靠惯性导航和视觉导航的现状,设计了一种惯性/视觉组合导航方法。该方法根据惯性导航原理建立月面环境下的位置、速度和姿态误差方程,并利用惯导前后时刻的观测值计算相对运动参数,基于该参数与视觉导航相对运动观测值之差建立量测模型。该差值只与当前时刻惯导误差相关,避免了对状态的增广。针对量测噪声未知的问题,采用自适应卡尔曼滤波对量测噪声进行在线估计。仿真结果表明,该组合导航方法能提高定位精度以及横滚角、俯仰角精度,减小误差漂移,是一种有效的月球车自主导航方法。     

基于自适应动态平差的导航星座自主时间同步方法

基于近代平差理论系统地讨论导航星座的自主时间同步问题,建立了自主时间同步的空间自由网平差模型,提出基于星间双向测距链路和原子钟模型的自适应动态平差算法。该算法对污染测量值采用抗差M估计,而对各卫星钟差模型采用不同的自适应因子调节。给出了简要的理论分析和关键的仿真技术。结果表明,该算法能有效地控制观测误差和模型误差的影响,实现星间高精度自主时间同步。     

21世纪国外深空控测的关键技术(中)

(四)自主导航与控制技术 1.探测器智能自主导航控制技术 NASA的"新盛世"计划把智能自主技术放在首位,使深空探测器能自主完成导航控制、数据处理、故障判断和部分重构与维修工作.     

基于星间距离和方向观测的导航卫星自主定轨研究

研究了导航卫星自主导航问题,提出了基于星间距离和方向观测的导航卫星自主定轨方法,对该方法的可行性进行了分析。     

利用雷达高度计及星敏感器的多处理器卫星导航

鉴于当前单一处理器导航计算机结构给导航算法带来的约束及并行多处理器技术的日益成熟,提议卫星导航采用两个处理器并行的计算机结构,将卫星自主导航工作中轨道状态估计和状态预报分开在不同的处理器上处理.依据这一分工思路,提出近地海洋卫星利用雷达高度计及星敏感器实现自主导航的方法,并给出一个简单的导航模型及导航算法.通过计算机仿真检验了利用雷达高度计及星敏感器为近地海洋卫星提供导航的可行性,也验证了导航结构的适用性.     

使用姿态敏感器的自主卫星导航和轨道保持

本文提出使用姿态敏感器作为测量仪器,结合星载计算机来完成自主卫星导航(ASN)和轨道保持的方法。根据平均轨道根数理论和测量关系式建立ASN离散、线性化数学模型,利用条件正态过程的滤波定理,证明在有轨道控制和敏感器跟踪的条件下,轨道变量的递推滤波仍具有无偏最小方差特性。另外,针对姿态确定随机误差对ASN系统的影响,给出一种自适应自主导航算法选。择典型的地球探测卫星轨道,进行Monte-Carlo模拟,结果表明:系统工作性能良好。     

深空探测器小天体交会段自主导航方法研究

针对深空探测任务中,与小行星交会段的自主导航问题,首先建立探测器在交会段的轨道动力学模型,并提出了2种导航观测方案:1)利用目标天体图像作为观测量;2)利用目标天体视线方向和目标天体夹角作为观测量.然后结合动力学模型和观测模型推导了2种导航方法的滤波算法公式.最后通过蒙特卡罗数值仿真分析方法,估算了2种导航方法的误差值,结果表明误差值在可接受精度范围内,验证了2种自主导航方法是可行的.     

基于UKF的深空探测光学自主导航方法

光学自主导航方法将成为未来深空探测广泛应用的导航方式。在建立探测器的光学自主导航系统的状态方程和量测方程基础上,针对“深空一号”探测器飞行中采用批处理最小二乘滤波方法存在的不足,提出了基于UKF滤波的光学自主导航方法。仿真结果表明:UKF方法不仅导航精度高,而且需要的导航小行星的数目远少于批处理最小二乘方法所需的数目。     

基于联邦卡尔曼滤波的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球车导航的特殊要求设计了一种基于天文导航与航位推算相结合的月球车自主导航方法.首先根据月球车运动模型建立了系统的状态方程,然后利用太阳敏感器测量的太阳高度和方位角为观测信息建立了天文子导航系统,以航位推算系统输出的航向角速率和月球车行进距离为观测信息建立了DR子导航系统,并采用了联邦卡尔曼滤波实现导航信息的最优估计和信息综合以增加导航系统的可靠性和容错能力.最后,通过计算机仿真证明该方法具有很好的位置和航向估计精度,同时该方法有效提高了月球车导航系统的可靠性和容错能力,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究

针对近地导航卫星仅利用星间测距进行自主定轨时,因无法消除星座整体旋转误差而导致长期自主定轨精度不高的问题,提出了利用拉格朗日导航卫星星座与近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的方法。建立了拉格朗日轨道导航卫星星座和近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的动力学模型和观测模型。利用扩展Kalman滤波（EKF）算法和星间测距信息实现了拉格朗日轨道导航星座与近地导航星座的长期自主定轨。以4颗拉格朗日卫星组成的导航星座与12颗GPS卫星组成的近地导航星座作为仿真对象进行了仿真分析,仿真结果表明本文仅利用星间测距的联合自主定轨方法可以有效提高导航卫星星座的长期自主定轨精度。