【摘 要】
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深空探测任务具有距离远、时间长等特点,自主导航是实现深空探测器自主运行的关键技术之一。光学导航具有自主性强、实时性好等优点,是目前深空探测方面研究的热点问题。本学
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深空探测任务具有距离远、时间长等特点,自主导航是实现深空探测器自主运行的关键技术之一。光学导航具有自主性强、实时性好等优点,是目前深空探测方面研究的热点问题。本学位论文考虑深空探测接近段任务特点,针对导航信息获取、可观测度分析、自主轨迹估计等问题,开展了无线电测量辅助的深空探测器自主光学导航方法研究。论文主要内容如下:首先,建立了探测器接近段动力学模型和观测模型。分析了探测器和目标天体的轨道运动特性,对相对轨道动力学模型进行了简化,得到了在目标天体相对坐标系下的相对运动方程和导航观测模型。其次,针对目标天体导航信息获取问题,研究了有星模式下光学导航特征提取方法。通过背景恒星三角星图匹配剔除方法,实现了在复杂背景中识别和检测目标天体,并分析了点光源和面目标成像特点,分别利用亚像元模型相关法和边缘检测形心法,对目标天体光学视线特征进行处理和提取。再次,针对探测器接近段导航定位问题,研究了基于目标视线矢量信息的自主光学导航方法。在建立状态方程和观测方程的基础上,设计了扩展Kalman导航滤波器,对观测信息进行处理,确定探测器相对目标天体位置和速度状态,并分别采用几何法和数值法对导航系统可观测性进行了分析。最后,针对光学导航系统视线矢量方向不可观的局限性,研究了无线电测量辅助的自主光学导航方法。考虑提高光学导航系统的观测度,引入无线电信标测量信息,建立了无线电测量辅助导航方案,并针对该方案,进行了导航系统可观测性和可观测度分析及导航滤波器设计,实现了探测器接近段轨迹快速确定。
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