四维黎曼时空下脉冲星导航模型精度分析

考虑深空探测中广义相对论的影响,以适应纳秒量级的计时精度要求,本文针对航天器绕飞轨道,建立四维黎曼时空下带有时间转换项的脉冲星导航系统轨道动力学模型和四维观测模型,并基于无迹卡尔曼滤波方法设计脉冲星导航算法,针对模型中的时延项对导航精度的影响进行分析。分析结果表明:在时间转换模型中引力时延、航天器偏轨时延以及绕飞行星曲率时延等因素远大于航天器曲率时延对导航精度的影响,在量测模型中太阳系的引力远大于周年视差效应和脉冲星自行对导航精度的影响。     

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.     

NASA将试验新型原子钟

据澳大利亚今日航天网2011年10月17日报道,许多卫星都需要精确的授时信号,确保科学仪器正常作业。对GPS卫星来说,精确授时是至关重要的,否则所有依赖GPS信号导航的事物都会出错。NASA喷气推进实验室计划进行的第三项演示验证名为深空原子钟(DSAC)。DSAC团队计划以汞离子阱技术为基础,研制一款小型、轻质原子钟,并在太空中对其进行演示验证。     

深空自主着陆导航技术研究与展望

随着深空探测活动范围的快速扩大,探测器需要在天体实施着陆与返回,因此对导航技术的自主性和精度要求越来越高。提出一种基于视觉/惯性的组合导航系统,该系统的计算机视觉模块采用SURF算法,不仅可以实时地确定探测器的位置,而且能够确定探测器的姿态;惯性导航模块实时获取探测器的位置、速度和姿态信息;组合导航系统采用Kalman滤波技术,将计算机视觉模块和惯性导航模块获取的位置、姿态信息进行组合。该组合导航系统将惯导系统与视觉系统信息融合,通过引入计算机视觉系统所获得的位置和姿态信息,可以有效减小惯导系统误差。仿真结果证明,这种组合导航系统能够有效提高系统导航精度。文中还展望了深空探测器天体着陆导航技术未来的发展趋势。     

21世纪国外深空探测的关键技术（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。作为该计划的先导，美国的深空1号探测器通过远程代理、自主导航、信标操作、自主软件测试和自动编码等技术途径充分实现了智能自主控制，     

航天器编队飞行及其关键技术的开发

简要论述由分布式航天器系统构成的空间编队飞行的概念 ,扼要介绍 NASA为未来航天器编队飞行项目开发的几项关键技术 ,着重阐明基于 GPS的分散式编队飞行控制和相对导航技术能充当未来多星编队飞行任务的导航系统 ,从而使未来的空间科学研究发生深刻变化     

深空导航系统状态描述形式的选取问题研究

深空导航系统的状态描述采用轨道六根数还是位置速度是一个重要问题。首先根据两种描述下的非线性特性和空间结构特性,研究了导航算法中涉及的状态方程、观测方程和导航系统适用的非线性Kalman滤波器。然后引入非线性强度理论,分析了两种描述形式对导航系统可观测性的影响,解释了描述形式不同时可观测性不一致现象。最后以深空巡航段导航为例对上述理论进行了仿真验证,结果显示基于适当的滤波器,采用轨道根数描述状态时的导航系统具有较高的导航精度和计算效率。因此深空导航特别是巡航段导航应优先使用轨道根数描述状态,但是在判断系统可观测性时要首先判断非线性强度问题。     

星光模拟的半物理仿真技术

航天器利用星光定位导航技术是航天器自主导航的一种新的方法。它不依赖于无线电和GPS等导航手段，在航天器进行深空探测和绕地飞行中都有着非常重要的应用，因此，国内外都在对天文导航技术进行深入的研究。但是航天器利用天文定位导航技术的实验研究不仅难度很大而且成本昂贵，因此国内外均采用地面半物理仿真进行实验研究。利用航天器天文导航半物理仿真模拟实验系统，可以深入研究航天器的关键定位导航技术，准确模拟量测信息及其误差特性，从而精确验证天文导航方法的有效性和准确性并进行系统精度分析。我们在自主天文导航技术研究的基础上，建立了一套天文导航半物理仿真实验系统平台。半物理仿真实验系统平台从结构上可分为两大部分：一是星光模拟器，通过液晶光阀和光学系统模拟和显示星敏感器接收到的星光；二是星敏感器模拟，用摄像机智和台式计算机模拟星敏感器，完成星图采集、图像处理和导航解算等。     

航天器的自主导航技术

本文首先总结航天器自主导航技术的发展史，在此基础上分折了目前几种候选的自主导航系统，对比了它们的性能和优缺点。然后介绍了自主导航技术及系统组成规律。着重介绍了载人飞船自主导航系统的组成，自主导航的算法。最后提出了发展我国飞船自主导航系统的建议。     

“北斗”终端产品及其在导航、通信、授时领域的应用

一、引言 “北斗”一代导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域性导航系统,是首个集定位导航、短信息通信、高精度授时为一体的实用卫星导航系统。与美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统相比,导航和授时功能基本相当,并且增加了短信息通信功能,方便位置报告及导航信息的交换。     

北斗导航卫星的技术发展及展望

一、前言我国于2012年完成了北斗卫星导航区域系统的建设,可为我国及周边地区提供服务,定位精度水平方向优于10m,测速精度优于0.2m/s,授时精度优于50纳秒,同时可为特定用户提供短报文通信业务服务,北斗卫星导航系统的应用越来越广。卫星导航系统作为高精度的空间位置和时间基准,能够直接为地球表面和近地空间的广大用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务,是当今国民经济、社会发展和国防建设的重要空间信息基础设施。卫星导航系统一般由空间段卫星星座、地面     

卫星导航在空间服务区域中的应用及展望

一、引言自1995年GPS实现全面运行能力以来,卫星导航系统通过提供全球覆盖的定位、导航与授时服务,为人们的生活带来了巨大便利。从飞机的导航与精密进场着陆,到汽车的路线指示,再到各种五花八门的个人定位服务,可以说卫星导航的应用无处不在。同时,卫星导航的应用并未局限在地面和大气层以下,更是不断地向空间扩展。卫星导航接收机由于其成本低、重量轻、低消耗、全天候、高精度、连续观测等优点,被越来越多地安装在卫星上。实际上,早在上世纪80     

深空探测器自主天文导航技术综述(下)

<正>2.2天文导航作为主要导航手段(1)深空一号的自主天文导航1998年10月24日发射的深空一号是NASA新千年计划中的第一个任务。在发射之后的9个月内,深空一号就成功地测试了全部12项的新技术,还进行了小行星布莱叶的近点飞行。在     

中继卫星支持航天器实时精密定轨技术研究

通过分析美国跟踪与数据中继卫星系统卫星增强服务,结合我国数据中继卫星系统和北斗卫星导航系统发展现状,总结得到对我国发展数据中继卫星系统卫星增强服务,以实现低轨道航天器实时精密定轨的几点启示:加快建设北斗卫星导航系统全球增强系统;通过冗余提高北斗卫星导航系统全球增强系统可靠性;增加我国数据中继卫星支持广播的能力;建立我国数据中继卫星系统卫星增强服务标准;增加多系统联合定位技术支持;与北斗卫星导航系统D2导航电文配合使用;进行数据中继卫星系统卫星增强服务试验以积累技术经验。     

考虑钟差修正的X射线脉冲星导航算法研究

基于X射线脉冲星的航天器自主导航依赖于精确时间的测量,因此星载时钟 钟差对导航性能有不容忽视的影响。在原子钟钟差模型和航天器动力学模型基础上,提 出一种考虑星载时钟钟差修正的脉冲星导航算法。仿真结果表明,该算法可以有效消除钟差 的影响,保证了导航精度,研究结果对脉冲星导航的工程应用有一定的理论参考价值。
     

一种基于信息融合的深空巡航段自主导航算法

针对自主光学导航在深空巡航段应用中的问题,提出了一种基于信息融合的自主导航算法。由太阳敏感器测量获得太阳相对探测器的视线矢量,由分光计测量获得探测器相对太阳的径向速度,构建自主导航系统的两种信息观测方程;由基于状态估计误差协方差阵奇异值动态确定信息分配因子,用信息融合技术和扩展卡尔曼滤波算法实时估计探测器的位置与速度。对深度撞击任务的实际飞行数据的数值仿真结果表明:自主导航算法的轨道确定精度满足深空巡航段要求。     

考虑姿轨耦合的航天器高精度实时导航定轨方法

针对近地轨道航天器及其全球导航卫星系统(GNSS)测量数据驱动的实时导航定轨方法,使用轨道动力学原理解析了由GNSS天线安装位置与航天器质心偏差造成的定轨误差。基于航天器在轨的刚体运动特性和对地姿态特征,提出针对安装关系对应的相对速度修正项。使用姿轨耦合的分析方法,明确了基于航天器质心轨道积分和天线测量点位速修正的GNSS测量信息模拟。结合扩展卡尔曼滤波(EKF)形式的实时导航算法,分析了安装关系造成的定轨系统误差。围绕半长轴确定误差的长期变化规律,仿真证明了GNSS测量数据的位速修正在高精度实时导航定轨过程中的必要性。     

全球卫星导航系统的市场应用前景

卫星导航系统是一种以卫星为基础的无线电导航系统,可全天候发送高精度的导航、定位和授时信息,是一种可供海陆空领域的军民用户共享的信息资源。目前世界上正式投入运行的卫星导航系统有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和我国北斗卫星导航定位系统。     

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.     

X射线脉冲星导航及其潜在应用

X射线脉冲星导航就是在航天器上安装X射线探测器,探测脉冲星辐射的X射线光子,测量脉冲到达时间（TOA）和提取脉冲星影像信息,经过相应的信号和数据处理,航天器自主高精度确定轨道、时间和姿态等导航参数的实现过程。本文在概述脉冲星导航技术发展历程和国外X射线脉冲星导航计划的基础上,分析国内开展X射线脉冲星导航技术研究的基础条件,并详细论述X射线脉冲星在导航卫星自主导航、深空探测与星际飞行、以及空间科学研究等领域的潜在应用价值。这表明X射线脉冲星导航是实现真正意义上的航天器高精度自主导航的一种有效模式和可行途径,对于国防和国民经济建设具有重要的战略研究意义。