基于UKF滤波的近地卫星自主组合导航方法研究

安全可靠的自主导航系统可提高卫星的在轨生存能力。文章研究了利用紫外敏感器测量得到的地心方向信息和星敏感器、红外地平仪获得的星光角距信息进行卫星轨道确定的自主组合导航方法。针对导航系统非线性的特点,采用Unscented卡尔曼滤波(UKF)设计了相关的信息融合方案,并通过数学仿真对其有效性进行了分析和验证。仿真结果表明,该算法可进一步提高导航系统的精度和可靠性。     

月球导航的卫星可见性及信号强度分析

针对利用GNSS卫星在月球上实现导航定位问题,提出了月球导航的卫星可见数目计算方法,该方法充分考虑了地球遮挡和波束宽度,分析卫星可见性、计算卫星可见数目。本文统计了不同系统卫星的可见时长以及地球遮挡时长,分析了不同系统的部分信号得到可见卫星信号到达月球表面的信号强度范围及其分布。试验结果表明：当卫星波束宽度大于等于37.416°时,各个时刻的卫星可见数目至少大于4颗,此时满足在月球上进行导航定位的最低要求。在设置波束宽度为37.416°时,选取卫星的部分信号分析,得到当卫星信号到达月球表面的强度,平均有13.41%的可见卫星的信号强度位于-180～-170 dBW,平均有86.59%的可见卫星的信号强度位于-190～-180 dBW。     

月球软着陆自主组合导航研究

针对惯性测量单元(IMU)存在误差积累的特点,提出了利用探测器上的光学敏感器,通过对预先选定的特征点的测量得出探测器的相对位置,根据这些光学导航信息再结合惯性导航输出轨迹,通过多模自适应滤波完成对IMU导航的修正。对整个导航系统的可观性进行了分析,并通过数值仿真验证了所提出的自主导航方法的可行性。     

UKF在基于地磁场的自主导航中的应用

本文研究了基于地磁场的自王导航,建立了以卫星轨道动力学方程为基础的系统状态方程,并详细推导了以地磁场矢量为观测量时的观测方程;为了解决系统的非线性问题把常用来解决非线性问题的UKF引入到基于地磁场的自主导航系统中;最后,用Matlab对基于地磁场的自主导航系统进行了仿真,仿真结果表明UKF有很好的收敛性和稳定性.     

基于星间链路支持的导航卫星自主完好性监测设计仿真

针对导航卫星在区域完好性监测网可视弧段之外难以实现基于地面监测站的系统级完好性监测问题,提出一种基于星间链路辅助支持的导航卫星自主完好性监测方法。该方法通过利用星间组合观测值,分离星钟误差和星历误差,采用基于平稳时间序列的非稳态异常检测算法对导航卫星星载原子钟相位抖动及频率的异常漂移进行监测;采用基于轨道先验信息的非中心化开方分布异常检测算法对轨道异常机动进行监测,并利用星间链路组合观测量对卫星自主完好性监测及其对全球用户完好性性能的提升作用开展仿真分析与研究。仿真计算结果表明:该方法可以在地面监测网不可视弧度内有效减小空间段卫星部分的故障漏检概率以及系统完好性风险,缩短完好性告警时间,提高全球卫星导航系统的完好性服务水平。     

基于卫星导航的交通空间信息融合与通信

卫星导航提供的实时定位信息在许多领域尤其在智能运输系统(ITS)中具有很大的应用价值，把交通空间数据库与卫星导航系统集成在一起，更能推动卫星导航产业的应用与发展。本文在分析卫星导航发展趋势以及在智能交通中应用的基础上，着重探讨了以交通空间信息为主的导航数据库数据的采集、处理与融合，并对卫星导航服务中关键问题之一的数据通信作了分析。     

利用卫星跟踪卫星视线加速度确定月球重力场的模拟研究

月球重力场的研究是实施探月工程的前提和基础,但由于目前探月技术不足以及月球特殊的物理环境,现有远月面重力场的精度难以保证探测器远月面登陆。而已在地球重力场研究方面得以成功实施的卫星跟踪卫星技术为解决这一难题提供了可能。本文通过模拟数据研究了卫星跟踪卫星视线加速度确定月球重力场方法的可行性和可靠性,计算了GRAIL卫星轨道参数下的月球全球重力异常,结果表明,卫星跟踪卫星视线加速度能较好地展现月球全球重力场的精细结构。     

基于星间测距/轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨研究

研究了导航卫星自主导航问题，提出了基于星间测距和轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨方法，通过该方法的可行性分析，得到一些有益结论。     

火星探测器转移轨道的自主导航方法

针对火星探测巡航段轨道导航需求,结合不同的星载敏感器提出了一种基于太阳、地球、火星及恒星信息的火星巡航段自主导航方法。该方法根据导航天体的特点,在分析不同导航天体观测模型基础上,根据地球视线矢量和火星视线矢量的可观性,结合信息融合技术,建立了基于太阳、地球、恒星观测以及太阳、火星、恒星观测两种模式下的多源天体数据融合处理方案,实现了探测器位置与速度信息的实时估计。仿真结果表明,本文方法能够有效地利用多源导航天体观测信息,为巡航轨道提供高精度的导航结果,可满足火星探测巡航段任务要求。     

月球卫星重力发展历程和我国月球探测建议

重力场是研究内部构造和星体演化的基本物理量,具有重要价值。概要介绍了新一代地球重力卫星,重点回顾了月球重力测量发展历程,详细地介绍了历史上重要的探月任务及具有代表性的月球重力场模型,指出了月球重力场反演存在的主要困难,最后,提出了我国发展自主探月计划的建议。     

多传感器组合导航系统的两级分布式融合算法研究

研究了可用于多传感器组合导航系统的两级分布式最优融合算法,以理论的形式证明了在有、无信息反馈的情况下最终的融合结果是等价的与最优的。仿真结果在验证上述理论的情况下,也说明了来自融合中心的反馈信息可明显提高子滤波的滤波性能。     

潮汐摄动对导航卫星自主定轨中的星座整体旋转误差的影响分析

讨论了仅利用星间测距观测值进行导航卫星自主定轨时所遇到的星座整体旋转问题,分析了潮汐摄动对升交点赤经以及导航卫星自主定轨的影响。模拟计算结果表明,潮汐对自主定轨的切向和法向误差的影响较大,而且这种影响随着自主定轨时间的增加会越来越大,在第110 d时,其影响可达4 m,由此指出了在高精度自主定轨中顾及潮汐摄动的必要性。     

基于北斗导航卫星的伪卫星技术在区域定位中的应用

借鉴差分 GPS导航定位的原理 ,阐述了在北斗导航卫星支持下的伪卫星技术 ,探讨了其定位原理、系统配置、技术设计、信号结构、天线安装和使用条件等。实现区域快速无源导航定位 ,需要至少四个伪卫星站提供的导航信号。伪卫星定位导航具有自主、隐蔽、经济等特性 ,在区域定位中应用前景良好。     

天文导航在导航星座自主完好性检测中的应用

本文介绍了导航系统完好性的定义．论述了天文导航的技术方案。提出把天文导航应用于星间链路定位的解算和导航星座自主完好性检测的技术方案中，讨论了合理的完好性检测门限。研究了反馈模型中卡尔曼滤波的使用，得出了结论。     

晕轨道X射线脉冲星自主导航和轨道维持研究

目的 提出一种利用X射线脉冲星的晕轨道自主导航方法。以高精度星历轨道动力学模型构建晕轨道状态方程,并利用二级微分修正方法获取惯性系下晕轨道的标称轨道。基于微分修正原理,利用 X射线脉冲星的导航结果和小推力推进器,对晕轨道探测器进行轨道维持和控制,并以地月系 L2点晕轨道为例进行了仿真实验。结果表明,该方法能够有效完成地月系L2点晕轨道探测器的自主导航和轨道维持任务。