深空自主导航光学敏感器及其验证
深空探测器自主天文导航技术综述
（ ）水 手 ９号的天 文导航 １ 水 手 ９号探测器是 美 国的第一颗火 星卫星 ，该
探测器 于 １７ 年 ５月发射 ，同年 １ ９１ １月进入 火星轨 道 ，主要用于拍摄 地表照片 ，并利用 红外及 紫外仪 器分析火星大 气。水 手 ９号也是第 一个对 自主天文
于 ｘ射线源 的探 测 器 姿态 测 量算 法 和时 间保 持 锁
２ 世纪世 界 各 国都加 快 了深 空 探 测 的脚 步 。 １ 随着深 空探测任 务 的增 多 ，探测 器 的智 能 自主技
这些 观测量利 用几何 解 析 的方 法 或结 合轨 道 动力 学滤波 即可获得 探测器 的位置 、速度等导航 参数 。 早在 ２ ０世纪 ６ ０年代 ，美 国阿波罗 登月计划 中
产 生极大 的影 响。利 用探 测 器在 转 移轨 道 中遇 到 的近距 离小行 星进行 定位 ，可大大提 高导航精度 。
该 方法 的基本 原理 与 上述 基 于太 阳和行 星 的
自主导航 方法 基本 相 同 。但 由于小 行 星 和探测 器 之间距离 较近 ，因此 导航 精 度 较前 者 高 。其 缺 点 是 ，通常 ，探测 器 与小 行 星相 遇 的时 间很 短 ，且 小行 星 的观测也较 困难 。
相 环路设计方案 。 目前 ，美 国国防部 国防预先研 究 项 目局和 Ｄ Ｒ Ａ实验 室正在积极 开展 “ ＡＰ 基于 ｘ射 线 源的 自主导航验证 （ Ｎ Ｖ ”计划 。 ＸＡ ） 基 于 ｘ射 线脉 冲星 的深 空探 测 器 自主导 航 的
进 行深空探测器 的天 文导航 和姿 态确定 。近年来 ，
随着深空探测任务 的增 多 ，该方法也 随着测量仪器 和滤波方法 的改进 ，得 到越来越多 的关 注。该方法
深空探测的技术挑战
深空探测的技术挑战深空探测是指人类对于宇宙深处的探索和研究。
在过去的几十年里，科技的不断进步使得深空探测成为可能，然而，这一领域仍面临着许多技术挑战。
下面我们将探讨一些深空探测中的技术挑战以及相应的解决方案。
一、通信技术挑战深空探测任务中最大的挑战之一是建立稳定的长距离通信连接。
由于深空任务通常需要在距离地球数百万甚至数十亿公里的地方进行，传输信号受到了巨大的衰减，这给通信带来了巨大的困难。
为了解决这一问题，科学家们开发了多种通信技术。
例如，使用大型射电望远镜和高增益天线来接收微弱的信号，利用强大的信号处理算法来提高传输效率，以及利用深空探测器自身来进行数据压缩和处理，减少数据传输量。
二、能源供应技术挑战深空探测任务需要同时满足探测器及相关设备的能源需求。
然而，由于深空的环境极其恶劣，包括温度极低、辐射强烈和太阳能的不可靠性等因素，能源供应成为一个严峻的挑战。
为应对能源供应的困难，科学家们采用了多种技术。
例如，使用放射性同位素热源来提供稳定的能源，利用太阳能电池板和电池组来储存和供应能量，以及开发高效的节能技术来降低能源消耗。
三、自主导航和飞行技术挑战深空探测器需要具备自主导航和飞行的能力，以应对复杂多变的深空环境。
然而，由于深空探测任务的远距离和延时以及环境条件的不确定性，自主导航和飞行技术成为一个重要的挑战。
为了解决这一挑战，科学家们研发了一系列自主导航和飞行技术。
例如，利用星敏感器和陀螺仪来确定探测器的姿态和位置，利用图像和激光传感器来获取周围环境的信息，以及使用智能算法和决策系统来实现自主导航和飞行。
四、恶劣环境下的工程设计和材料挑战深空环境极其恶劣，包括极低温度、高辐射和微弱的重力等因素，给工程设计和材料选择带来了特殊的挑战。
为了应对恶劣环境下的挑战，科学家们开发了特殊的工程设计和材料。
例如，采用高效隔热和辐射抗性材料来保护探测器内部设备，优化探测器的结构和布局以应对微弱的重力，以及利用新型材料和加工技术来提高设备的耐用性和可靠性。
深空巡航段自主光学导航方案研究
随之而来的问题是如何从众多小行星中选取合适的
导航 星 以及在 一次导航过程 中需要几颗 导航 星 ，才
能 在 合适 的时 间 内得 到满 足精 度 要 求 的导 航结 果 等 。同时有研 究表 明导航星 的分布和个数 ，以及观 测变 量 的选 取对 导航结 果都 有着 很大 的影 响 。所
星 际飞行 阶段 。其 特 点包括 ：飞行 过程 中 的太 阳 光 压 ，太 阳潮 汐 ，大 行 星 引力 等 摄 动 项 建 模 不
准 ，小天体 在惯性 系 中的位置 误差较 大 ，探 测 器 飞行 时间长 等 。当前成 熟 的导航系 统 多是 基于 深 空 网测量来对 探测 器进 行导航 ，但 是为 了提高 探
航星的确定、导航系统的建立 、导航算法的研究。通过对导航小行星进行筛选和优化，形成了统一的导航小行星选取准则；
通 过对 非 线性 导航 系 统进 行可 观 度分 析 ，得 到 了一 次 导航过 程 中合 理 的 导航 星个 数 ，从 而形 成 了小 行星 列 表 。最 后基 于观 测
手段的特点，利用基于Ｕ Ｄ分解的递推加权最， －乘滤波设计 了导航算法，并通过可观测性分析确保 了算法 的可行性和可靠 ｊ－ ￣ 性。仿真结果表 明了导航方案的设计是合理的，导航算法能够满足未来深空探测巡航段导航的精度要求。
容易利用探测 器相对小行 星的视线方 向得到探测器 在 日心黄道坐 标系 的位置 。实际上 ，导航相机很难
体光学 图像 ，利用 已知的天体信息 ，确定探测器 的
位置和姿态信息的导航方式称为光学导航 。 此方式 自主性强 、精度 高，是 当前深空探 测中广泛应用 的
21世纪国外深空探测的关键技术(中)
是２ 世纪 开始 单个 航天器 智 能 自 １
主技 术 应 用 的 最 高 水 平 欧 空 局 、俄罗 斯 、 日本 和 印度在 自主
形 ．每 个 轮子 的负 载不 同 ．因此 需 要最 佳地 协调 轮 子 的驱 动 和转 向 ．优 化驱 动效 率
行 星表 面巡 视探 测 器 的最 困 难 问题 之 一就 是在 困难 地形 上 的 机 动性 和 自主通 过 以前 未被 描 述 过 的环 境 的能力 ２ ０ 年加 拿 大 ０６
欧洲火 星漫游车 （ ｘ Ｍａｓ Ｅ ｏ ｒ）方案 如 图６ 所示 ．它能够在火 星表面巡
器 以较 高 的速度 从 地球 发射 ．从
而可 以缩 短总旅 行 时 间 在 目的 地 （ 目标 星 ）则 通 过大气 中 的气
动阻力 降低 速度 。如果 没有 气 动
捕 获 ．就需 要航 天器 上 的大量 推
・
维普资讯
ＩＰｎ 划 的重点在 于离子推进 器 Ｓ 十
气动捕获引起的质量减轻
离子发动机 已经在空间得 到验 证 ，
０
％
舳
％
∞
％
∞
％
如
％
作为主推进的首次直 用是 １９ 年的 ８ ９
深空 １ 号任务 ．并成 为２ ０ 年发 射 ０７
位 要在 长距离 导航 中获得 鲁棒
性 较好 、精 度 较 高 的位 置信 息 ． 应采 用组 合定位 方法 ．并 结 合测
角 和测 距 技 术 （ ）路 径 规 划 ２ 的效 率直 接影 响控 制 的复杂 程度 和探 测效 率 ．月 面 巡视探 测 器采
视 数公 里 由星上软 件 系统 自动
技术 方 面也都 开展 了研 发工作
基于UD—EKF自主光学导航方法仿真
深空探测器借力飞行段的自主光学导航方法
摘 要 ： 出 了一 种 用 于探 测 器借 力 飞行段 的 自主 光 学导航 方案 。该 方案 利 用 星敏 感 器 提 以及 光 学导航 相机 ， 过 测量 恒 星平行 光 方向及 对行 星张 角 ， 用几 何 关 系计 算 出探 测 器 通 利 的相 对位 置 ， 并利 用扩展 卡 尔曼滤 波算 法进行 修 正 ， 最后 通过 仿真 验 证 了这种 自主光 学导
ＳＵＩ Ｓ － ｉ ｈｕ ｌｎ，ＹＵ ｅ ，ＳＨＡＯ ｉ ， ｌｉ ｗｅ ＹＡＯ ｅ －ｏ ｇ，ＺＨ ＡＯ ａ － ｅ Ｗ ｎ ｌｎ Ｘｉ ｏ ｗ ｉ
（ ｌｅ ｅｏ ｔ ｎ ｍｏ ｓａ ｄ Ｅｌｃ ｒ ｎｃＥｎ ｉ ｅ ｉｇ ，Ｑｉ ｇ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｃｏ ｌｇ ｆＡｕ ｏ ｏ ｕ ｎ ｅ ｔｏ ｉ ｇｎｅｒｎ ｎ ｄ ｏ Ｕｎｖ ｒｉｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｃ ｎ ｌｇｙ，Ｑｉｇ ｏ ２ ６ ４ ｎ ｄａ ６ ０ ２，Ｃｈｎ ） ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｎ ａ ｔ ｎ ｍｏ ｓ ｏ ｔｃ ｌ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｈ ｍ ｅ ｉ ｄ ｓ ｒ ｂ ｄ ｉ ｈ ｓａ ｔ ｌ ，ｗ ｈ ｃ ｓ ｕ ｏ ｏ ｕ ｐ ｉａ ｖ ｇ ｔｏ ｃ ｅ ｅ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｉ ｅ ｎ ｓ ｃ ｉｈ ｉ ｕ ｅ ｅ ｈ ｘ ｌ ｒ ｒ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｇ ａ ｉ ｔｏ ｆ ｐ ａ ｅ ｏ ｍａ ｅ ｏ ｂ ｔ ｔ ａ ｓ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｓ ｄ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｈ ｒ ｖｔ ｉ ｎ ｏ ｌ ｎ ｔ ｔ ｋ ｒ ｉ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ． ａ ｏ Ｔｈ ｅ ａ ｉ ｅ ｐ ｓ ｔ ｎ ｏ ｈ ｘ ｌ ｒ ｒ ｃ ｎ ｂ ｅ ｅ ｍ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ａ ａ ｌ ｌｌ ｈ ｅ ｒ ｌｔｖ ｏ ｉ ｏ ｆｔ ｅ ｅ ｐ ｏ ｅ ａ ｅ ｄ ｔ ｒ ｎ ｄ ｂ ｈ ｉｅ ｔｏ ｆｐ ｒ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｇ ｏ ｈ ｔ ｒ ａ ｄ ｔ ｅａ ｇ ｅ ｔ ｈ ｌ ｎ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ａ ｎ ｈ ｎ ｌ ｏ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ，ｗｈ ｃ ｒ ｅ ｓ ｒ ｄ ｗｉ ｔ ｒｓ ｎ ｏ ｎ ａ ｉ ａ ｉ ｈ ａ ｅ ｍ ａ ｕ ｅ ｔ ｓ ａ ｅ ｓ ｒａ ｄ ｎ ｖ ｇ — ｈ ｔｏ ａ ｅ ａ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｌ ｔ ｎ ｗｈ ｃ ｓ ｇ ｔ ｂ ｓ ｎ ｈ ｘ ｅ ｄ ｄ ｋ ｌ ａ ｉ ｅ ｉｎ ｃ ｍ ｒ． ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｓ ｍｕ ａ ｉ ｉｈ ｉ ｏ ｙ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ａ ｍ ｎ ｆ ｔ ｒ ｏ ｌ
《揭开天问一号火星环绕器神秘面纱》阅读练习及答案(2021年新疆中考题)
《揭开天问一号火星环绕器神秘面纱》阅读练习及答案（2021年新疆中考题）四、现代文阅读理解（共36分）（一）阅读下文，完成下面小题。
（9分）揭开天问一号火星环绕器神秘面纱 邱晨辉伴随天问一号成功被火星引力捕获，其环绕器结构也揭开了神秘面纱。
天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成。
其中，环绕器具备三大功能：飞行器、通信器和探测器。
为了克服地球的强大引力，奔向火星，天问一号探测器总重量不能超过5000公斤，但为了到达遥远的火星，它又至少需要携带2500公斤的推进剂，除去着陆巡视器占去的1300公斤重量份额，环绕器自身干重被严格限制在1200公斤以内。
环绕器的1200公斤包含结构和其他各种设备的重量，还要兼顾2.5米可展开驱动天线、太阳电池阵、高分辨率相机等多种大体积设备的安装要求。
如何在重量有限的情况下实现高效的承载和设备安装，成为了环绕器结构团队面前的一只“拦路虎”。
对于航天器来说，质心越低、重量越轻，发射成本就越小，探测器多1克的重量，付出的发射成本将远超1克黄金。
”杜冬说，为了继续“减重”，环绕器结构团队还把目光投向重量最大的结构核心部件——中心承力筒，并创新采用了“全复合材料主承力结构”，在材料上下功夫，使得环绕器在苛刻限重的条件下实现高效承载。
天问一号探测器飞近火星的过程中，如何靠自己找到火星？天问一号探测器上配置的光学导航敏感器，可以利用拍摄的恒星与火星图像，精确计算出自身的飞行姿态、位置与速度，实现相对火星的自主导航。
综合电子分系统被称为天问一号环绕器的“最强大脑”，负责环绕器全部信息的管控。
在天问一号环绕器对火星进行探测的过程中，环绕器上的各科学仪器都会产生大量的科学数据，这些数据必须要发回地面由科学家们进行研究，此外，环绕器上的光学导航敏感器和红外导航敏感器数据也需要发送回地面进行进一步的分析，综合电子分系统负责对这些原始数据进行处理、储存，并在合适的时机传输回地球。
通常情况下，环绕地球运行的卫星都是由地面控制中心根据卫星的实时状态和任务要求进行控制的。
深空探测器影像仪的自主导航与数据传输
深空探测器影像仪的自主导航与数据传输近年来，深空探测任务日益增多，使得深空探测器的功能要求越来越高。
而影像仪作为探测器中的重要组成部分之一，其自主导航与数据传输的能力显得尤为重要。
本文将详细介绍深空探测器影像仪的自主导航与数据传输技术，并讨论其在深空探测任务中的应用。
一、深空探测器影像仪的自主导航技术自主导航是指深空探测器能够利用自身的传感器和算法进行导航，而无需依赖地球或其他外部设备。
深空探测器影像仪的自主导航技术是其中的重要组成部分。
影像仪通过观测天体的位置和运动轨迹，结合内部的姿态传感器和星敏感器，可以实现自身的定位和导航。
在自主导航技术中，影像仪通过拍摄天体的影像，利用图像处理算法对其进行识别和比对，确定深空探测器的位置和速度。
同时，影像仪还可以通过分析天体的亮度、颜色等特征，获取更加准确的导航信息。
通过这些技术手段，深空探测器可以实现在无人干预下的准确导航，从而提高任务的成功率和效率。
二、深空探测器影像仪的数据传输技术数据传输是深空探测器实现与地球通信的重要手段，而影像仪承载着大量的科学数据。
因此，如何高效地进行数据传输成为了影像仪设计中的关键问题。
深空探测器影像仪的数据传输技术主要包括数据压缩和数据编码两个方面。
1. 数据压缩在深空探测器任务中，传输带宽是有限的，因此对影像仪传输的数据进行压缩是必不可少的。
影像仪通过采用先进的压缩算法，如无损压缩和有损压缩等，将图像数据压缩到较小的体积，从而节约传输资源，并且尽量减少图像质量的损失。
同时，影像仪还可以通过对图像数据进行分辨率优化和信噪比优化，进一步提高数据的传输效率和质量。
2. 数据编码为了保证数据的可靠传输，深空探测器影像仪还需要对数据进行编码。
数据编码可以有效地纠正传输过程中的错误，并提高数据传输的可靠性。
在影像仪的设计中，通常采用的编码技术包括卷积编码、纠错码、差分编码等。
通过这些编码技术的应用，可以最大限度地提高数据传输的成功率和稳定性。
深空探测器的自主天文导航原理与方法
School of Geodesy and Geomatics
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4.1.2天文导航对深空探测的重要性 深空探测器的轨道分类
1）直接转移轨道
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4.1.2天文导航对深空探测的重要性 深空探测器的轨道分类
2）.调相转移轨道
天文与深空导航学
主讲：魏二虎 教授
School of Geodesy and Geomatics
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目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
第八章
天文与深空导航的理论基础 天文导航的天体敏感器 低轨地球卫星自主天文导航基本原理 深空探测器的自主天文导航原理与方法 VLBI技术用于深空探测器导航的原理与方法 USB技术用于深空探测器导航的原理与方法 脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原 理与方法 其他导航技术在深空探测中应用与国内外深空 探测计划
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4.1.1深空探测的发展
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4.1.1深空探测的发展
1）．先驱者号探测外行星 • 先驱者号探测器是美国发射
的行星和行星际探测器系列 之一。 • 1958 年 10 月 到 1978 年 8 月 之 间共发射了13颗，用来探测 地球、月球、金星、木星、 土星等行星及其行星际空间。 • 其中最为引人注目的是先驱 者10号和先驱者11号。
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4.1 引 言
4.1.1 深空探测的发展
4.1.2
天文导航对深空探测的重要性
浅谈深空探测GNC系统技术
浅谈深空探测GNC系统技术摘要：本文从航天专业技术发展入手，针对未来航天器发展需求，在对照国外航天器控制系统的先进水平和国内现有技术差距的基础上，梳理出了一些支撑中国深空探测航天器制导、导航与控制未来发展的关键技术，对于关键部分做了解读，有助于进一步了解深空探测GNC系统技术。
关键词：深空探测GNC系统技术介绍ABSTRACT:This article starts with the development of professional space. According to the requirements of the future development of the spacecraft, based on the gap between the control of foreign spacecraft control system and the existing domestic advanced level of technology, this article presents some key technologies which can support China deep space exploration spacecraft in guidance, navigation and control of future development. It will help you to further understand the deep space exploration technology in GNC system technology. KEY WORDS: deep space exploration, GNC system technology, introduction深空探测指人类对月球及以远的天体或空间环境开展的探测活动，作为人类航天活动的重要方向和空间科学与技术创新的重要途径，是当前和未来航天领域的发展重点之一。
关于自主导航技术在深空探测中的应用研究
关于自主导航技术在深空探测中的应用研究自主导航技术应用于深空探测中，能够大幅度的提升深空探测器的生存能力，帮助深空探测器完成探测任务，有效降低地面测控的负担，因此如何实现自主导航技术在深空探测中的应用价值，已经成为各个国家科学研究的热点。
现今我国的火星探测工作已经开展，在未来的发展过程中，还会计划其他行星、卫星的探测方案，因此实现深空探测中自主导航技术的应用极为重要。
基于此本文对深空探测自主导航控制技术的发展价值和发展趋势进行分析，对深空探测自主导航技术中关键技术的应用进行探究。
标签：自主导航技术;深空探测器引言2007年10月我国成功发射的嫦娥一号探月卫星，实现了中华民族多年以来的探月梦想，2013年12月我国成功发射的嫦娥三号卫星，首次实现了月球表面的软着陆，同时还在月球中首次释放了我国“月兔”巡勘车辆，对月球表面进行全面勘察，在获取月球物质成分的同时还传回了有关月球数据图像。
在深孔探测中应用自主导航技术，能够有效处理由于通信延时所带来的危害，利用自主导航技术来对探测器故障进行有效处理，有效探测器的生存机率。
一、深空探测自主导航控制技术自古至今，人民群众一直有想要探索宇宙星空的念头，深空探测方式就是人們探索宇宙的主要方式。
在利用深空探测器进行天体探测时，不可避免的会遇到飞行距离较远的问题，倘若科学研究者仅仅依靠地面测控的方法进行探测器操控，会导致许多特殊任务无法有效完成。
因此提升深空探测的自主导航控制技术的发展水平，能够让深空探测器在失去与地面通信的前提下，能够继续按照轨道进行运行，同时采用自主导航技术还能有效降低地面通信检测的负担，降低维护运行成本。
二、深空探测自主导航技术中关键技术的应用（一）光学导航敏感器技术的应用该技术是深空探测器必不可少的敏感器技术。
深空探测自主导航系统对于光学部件的精确度和灵敏度有着极为严苛的要求，因此光学敏感器技术水平的提升，能够有效提升深空官学敏感器的应用价值。
2022年河南省濮阳八中中考语文摸底试卷
2022年河南省濮阳八中中考语文摸底试卷一、积累与运用（28分）1．（2分）选出下列词语中加点字音形不完全正确．．的一项（）A．绰．号（chuò）殷．红（yān）倔．强（jué）恍．然大悟（huǎng）B．憎．恶（zèng）澄．澈（chéng）眺．望（tiào）眼花缭．乱（liáo）C．徘徊．（huái）颤．抖（chàn）贮．蓄（zhù）栩．栩如生（xǔ）D．发泄．（xiè）点缀．（zhuì）娴．熟（xián）自惭形秽．（huì）2．（2分）下列词语中没有错别字的一项是（）A．造型顶粱柱刻骨明心隐姓埋名B．藉贯沉甸甸锐不可当秩序景然C．丰硕紧箍咒疲备不堪振耳欲聋D．憔悴逐客令家喻户晓进退维谷3．（2分）下列对名著内容表述不正确的一项是（）A．老舍的《骆驼祥子》不仅刻画了祥子的形象，还描写了祥子周围的人物，如残忍霸道的车主刘四、一步步走向毁灭的小福子、诈骗祥子的孙侦探等。
B．《红星照耀中国》是美国记者埃德加•斯诺忠实描绘中国红色区域的第一本著作。
作者通过访谈与对话，搜集到大量有关长征的第一手资料，向全世界报道了中国工农红军长征这一举世无双的军事壮举。
C．傅雷既是一位特殊的教育家，又是一位严厉、尽责又不乏爱心的父亲。
对如何教育孩子，他认为，无论从事什么职业，做人是第一位的。
D．鲁迅认为《昆虫记》是一部既有趣又有益的书。
在作者笔下，杨柳天牛像个吝啬鬼，身穿一件似乎“缺了布料”的短身燕尾礼服：金蜂“为它的后代做出无私的奉献，为儿女操碎了心”。
4．（3分）下列句子排序正确的一项是（）①在生命力最旺盛的日子里，就该像爬山虎一样，向着心中的梦想不断向上攀登，把青春的绿色铺满征途。
②因一时挫折而灰心丧志，因身处逆境而放弃前行，甚至让享受和偷安在我们内心扎根，那青春何以为青春？③心中有阳光，脚下就有力量。
近地卫星利用光学敏感器的自主导航方法
近地卫星利用光学敏感器的自主导航方法
杜耀珂;彭仁军
【期刊名称】《空间控制技术与应用》
【年(卷),期】2008(034)004
【摘要】基于光学敏感器的卫星自主导航技术是利用红外地球敏感器(IRES)和星敏感器(ST)等姿态测量部件提供的测量信息,通过计算含有轨道信息的星光角距和地球视半径角,修正由轨道动力学模型递推得到的轨道参数.通过系统状态模型和观测模型的离散化和线性化,得到扩展卡尔曼滤波算法的递推关系,并在此基础上进行数学仿真.仿真结果表明,该方法的收敛速度和收敛精度都比较好.由于该方法不需要增加额外的星载敏感器,因此具有很好的应用前景.
【总页数】5页(P55-59)
【作者】杜耀珂;彭仁军
【作者单位】上海航天控制工程研究所,上海,200233;上海航天控制工程研究所,上海,200233
【正文语种】中文
【中图分类】V448.22
【相关文献】
1.基于紫外敏感器和星敏感器的卫星自主导航 [J], 管乐鑫;魏春岭
2.利用星敏感器的卫星自主导航 [J], 董云峰;章仁为
3.基于星敏感器的星光折射卫星自主导航方法研究 [J], 李琳琳;孙辉先
4.基于紫外敏感器的卫星自主导航方法研究 [J], 耿建中;肖业伦;韩潮
5.组合大视场星敏感器星光折射卫星自主导航方法及仿真 [J], 王国权;金声震;孙才红;宁书年
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深空探测光学导航敏感器在轨几何定标方法
深空探测光学导航敏感器在轨几何定标方法程宇峰;润一;王密【摘要】光学导航敏感器是光学自主导航的一个核心器件,它所获得的导航目标源的光线指向的精度将直接影响自主导航的精度。
设计了一个分步式的光学导航敏感器在轨几何定标方法,该方法先求解外定标参数,然后在外定标所确定的广义相机坐标系下求解内定标参数,从而完成对内外定标参数的标定。
为了在星上计算资源与能力有限的环境下,利用更多的参考星图实现对定标参数的高精度估计,利用逐行法化最小二乘方法估计定标参数。
实验表明,通过高精度的在轨几何定标,可以有效提高光学导航敏感器的指向量测精度,使其满足光学自主导航的需求。
【期刊名称】《深空探测学报》【年(卷),期】2016(003)003【总页数】9页(P228-236)【关键词】导航敏感器;几何定标;逐行法化;最小二乘【作者】程宇峰;润一;王密【作者单位】武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉430079【正文语种】中文【中图分类】V249.323引用格式：程宇峰，润一，王密. 深空探测光学导航敏感器在轨几何定标方法［J］. 深空探测学报，2016，3（3）：228-236.Reference format: Cheng Y F，Run Y，Wang M. On-orbit calibrationapproach for optical navigation sensor in deep space exploration ［J］. Journal of Deep Space Exploration，2016，3（3）：228-236.光学天文导航是一种有效的深空自主导航方式，主要解决由于飞行器与地球距离过远造成的地面控制指令通信延迟或者中断问题［1］。
光学天文导航主要利用光学导航图像来获取导航信息。
通常情况下，探测器利用光学导航敏感器对轨道附近的目标天体如行星、彗星、卫星、小行星或其他飞行器等进行拍摄成像，通过图像处理的方法提取导航图像中的目标源，利用目标源先验的轨道信息与图像坐标，计算出飞行器到目标源在惯性坐标系中的光线矢量，将其作为导航定位的重要输入，与其他姿控观测量进行组合滤波，最终实现飞行器的自主导航定位［2-3］。
航天器的自主导航与控制技术
航天器的自主导航与控制技术在人类探索宇宙的征程中，航天器的自主导航与控制技术扮演着至关重要的角色。
这项技术就像是航天器的“眼睛”和“大脑”，指引着它们在浩瀚的太空中安全、准确地飞行，完成各种复杂的任务。
想象一下，航天器在远离地球的广袤宇宙中飞行，周围是无尽的黑暗和未知。
在这样的环境中，要想实现精确的导航和有效的控制，可不是一件容易的事情。
自主导航技术让航天器能够不依赖于地面的指令，依靠自身携带的设备和算法来确定自己的位置、速度和姿态。
这就好比一个人在没有地图和向导的情况下，凭借自己的能力找到正确的方向。
为了实现自主导航，航天器通常会配备多种传感器。
其中，最常见的包括星光敏感器、惯性测量单元和太阳敏感器等。
星光敏感器就像是航天器的“眼睛”，它能够通过观测恒星的位置来确定航天器的姿态。
惯性测量单元则可以测量航天器的加速度和角速度，从而推算出其速度和位置的变化。
太阳敏感器则利用太阳的位置来辅助确定航天器的姿态。
这些传感器收集到的数据会被传输到航天器的计算机系统中，通过一系列复杂的算法进行处理和融合。
这些算法就像是航天器的“大脑”，能够从大量的数据中提取出有用的信息，并计算出航天器的准确状态。
例如，卡尔曼滤波算法就是一种常用的融合多种传感器数据的方法，它能够有效地降低测量误差，提高导航精度。
除了传感器和算法，航天器的自主导航还需要精确的星历数据。
星历数据就像是一本宇宙的“地图”，记录了天体的位置和运动轨迹。
航天器可以根据这些数据来预测自己的位置和未来的运动方向。
然而，由于宇宙中的天体运动是非常复杂的，星历数据也需要不断地更新和修正。
在自主控制方面，航天器需要能够根据导航系统提供的信息，自主地调整姿态、轨道和推进系统，以实现预定的任务目标。
这就需要先进的控制系统和执行机构。
控制系统就像是航天器的“指挥官”，它根据导航信息和任务要求，制定出控制策略。
执行机构则像是航天器的“手脚”，负责将控制指令转化为实际的动作，例如调整推进器的推力、转动太阳能帆板等。
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（ ． ｅ ｇＩｓｔｔ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｉ ｅｉ Ｂ ｎ ０ １ ０，ｈｎ ； Ｊ ｎ ｔｕ Ｃ ｎｒ ｇｎ ｒ ｇ， ｅ ｇ１ ０ ９ Ｃ ｉａ ｎ ｉ ｅｆ ｏＥ ｅ ｎ
２ ｃ ｎｅ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｎＳａｅＩｔｌ ｅｔ ｏ ｔ ｌ ａｏａｏｙ Ｂ ｉｎ ０ １ ０， ｈｎ ） ．Ｓｉ ｃ ａ ｄＴｃｎ ｌ ｙｏ ｐ ｃ ｎ ｌｇｎ ｎｒ ｂｒｔｒ ， ｅｉｇ１ ０ Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｅｉ Ｃ ｏＬ ｊ ９
１２ 光学自主导航敏感器原型样机技术指标及其分解 ． 表 ２为经过 论证 的光学 导航 敏感 器原 理样 机 的
视 场 角／ 。 （）
Ｏ． 。 ×０． 。 ８ ８
２ ０
火 星 杂 光 抑 制 角／ 。 （）
曝 光 时 间／ ｓ
Ｏ． ～ ５ ５ Ｏ
１ ２ ≥ Ｏ． ２ ≥ ０． ８ ≤ｌ 。 Ｏ
（． １ 北京 控制 工程 研 究所 ， 京 １０ ９ ； ． 北 ０ １ ０ ２ 空间智 能 控制 技术 重点 实验 室 ， 京 １ ０ ９ ） 北 ０ １０ 摘 要 ：利 用光 学导航敏 感 器进 行 深 空 自主导 航 在 国际 上 已成 为一种 发 展 趋 势 ， 这种 方 法具 有 自
ｔ ｅ ｗｏ ｌ Ｔｈ ｅｈ ｄ ｈ ｓ ｍａ ｙ ｂ ｎ ｆｔ ｕｃ ｓ ｇ ｏ ｕ ｏ ｍ ｏ ｂ ｌ ｙ，ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ，ｌｗ ｏ ｔａ ｄ ｈ ｒｄ． ｅ ｍ ｔ ｏ ａ ｎ ｅ ｅｉｓ ｓ ｈ ａ ｏ ｄ ａ ｔｎｏ ｕｓａ ｉｉ ｔ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｏ ｃ ｓ ｎ Ｓ ｎ Ｄｅ ｉｎ， ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔ ｎ ａ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｈ Ｏｏ ． ｓｇ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ，ａ ｄ ｖ ｌｄ ｔｏ ｆｔ ｅ ＯＮＳ ａ ｅ ｆｒ ｔｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｉ ｎ ｔ ｓ ｐａ ｅ ． Ｔｈｅ ｒ ｓ ｉｃ ｓ ｅ ｎ Ｃｈｎａ ｉ ｈｉ ｐ ｒ ｉ
表 ２ 光 学 导 航 敏 感 器 原 理 样 机 的 技 术 指 标 及 其 指 标 分 解
Ｔａ ２ Ｔｅ ｈ ｉ ａ ｐ ｃｆｃ ｔｏ ｎ ｔ ｔ ｉｓｏ ｂ． ｃ ｎ ｃ ｌｓ ｅ ｉ ａｉｎ ａ ｄ ｉｓｄｅａｌ ｆ ｉ ｔ ｅ ＯＮＳ’ ｏｔｔｐ ｘ ｍｐｌ ｈ Ｓｐｒ ｏｙ ｅ ｅ ａ ｅ
民 用 ８ ３资 助 项 目（ ０ ８ Ａ ２ ２ ３ ６ ２０ Ａ １Ａ ０ ）
收 稿 日期 ： ０ １０ —５ ２ １ —８ １
自主导 航敏 感器 ， 环 绕 深 空 天 体 飞行 的 自主 环 绕 指
导航 敏感 器 ． 本文 讨论 的是 第一 种类 型 ． 经 过项 目调 研 ， 了解 了近 年来 国 际上 对 深 空 巡 航光 学 自主 导航 敏感 器 的开 发 和 应 用状 况 ， 中与 其 本文 所 述 类 型 相 近 ， 见 诸 报 道 的 主 要 有 以下 表 １ 且
主 导航技 术 ， 导航敏 感器 精度 高达 ２ ｒｄ ０ ４ ． ／ ａ （ ． １） ｘ 本 文首 次 阐述 了所研 制 的光学 导航 敏感器 原 型 样 机设计 、 制情况 和关 键指 标验证 问题． 研
和反射 式． 反式 因其消 色差 和复 消色在设 计 难度 、 折 镜 头重 量 、 材料 和造 价上 的劣 势一般 很少 采用 ． 考虑 了折反 式和 反射式 的优 缺点 ， 结合 实 际要 求 ， 选择 折
主 性 强、 精度 高、 约成 本等优 点 ， 节 且距 离地球越 远 越显 优 势． 国 内首 次开展 了用于深 空巡航 段 的 在
自主 光 学导航敏 感 器设 计研 制和 验证 工作 ， 所研 制 的光 学导航敏 感 器原 型样机 设 计技 术指 标为 ： 焦
距 ９ ３ ８ ｍ， 场 角 ０ ８ ×０ ８ ， 测 极 限 灵 敏 度 １ Ｍｖ 测 量 精 度 ０ ５ （ ｏ） 动 态 范 围 １０ １ 试 验 ５ ．ｍ 视 ． 。 ． 。探 ２ ， ． １ｒ ， ０：．
第 ３ ８卷
第 ３期
空 间 控 制 技 术 与 应 用
Ａｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｄ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｒ ｓ ａ ｅ Ｃｏ ｔｏ ｎ ｐ ｉ ａｉｎ ・５ ・
２１ ０ ２年 ６月
深 空 自主 导 航 光 学 敏 感 器 及 其 验 证 术
郝 云 彩 ， 大 轶 王
ＤｏＩ ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ７ —５ ９ ２ １ ． ３ ０ ２ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ６ ４ １ ７ ． ０ ２ ０ ． ０
Ａｎ Ｏ ｐ ｉ ａ ｖ ｇ ｔｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｌｄａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｄｅ ｐ Ｓ ｃ ｖ ｇ ｔｏ ｔｃ ｌＮａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｓｅ ｓ ｒ ａ ｄ Ｉ ｓ Ｖａ ｉ ｔｏ ｏ ｅ ｐａ ｅ Ｎａ ｉ ａ ｉ ｎ
探 测 极 限 星 等／ ｙ Ｍ
ＭＴ ／ ３ ． Ｆ （ ８ ５线 对 ／ ｍ） ｍ 透 过 率 （ 光谱 平 均 ） 全
技 术 指标及 其分 解．
２ 光 学 系统
２ １ 光 学 系 统 选 型 ．
与其他 航天器 姿 态 和 导 航测 量敏 感 器相 比较 ，
深 空 自主导 航光 学敏感 器 的特点 如下 ：
指 标 名 称
性 能 指 标 ０ ５ （ ） ．（ １
９ ～ １２
（） １ 观测 量为 小行 星或者 天体 表 面特 征 ；
（） ２ 具有 较高 的探 测极 限灵敏 度和 动态 范 围 ；
所列 几种 类 型．
・
６・
空 间控 制 技 术 与 应 用 表 １ 近 年 来 国 外 主 要 巡 航 段 自主 导 航 光 学敏 感 器
Ｔａ ．１ Ｓ ｍｅ ｏ ｉ ｖ ｒ ｅ ｓｏ ｔｃ ｌｓ ｎ ｏ ｓｆ ｒａ ｔｎｏ ｕ ａ ｉａｉ ｎ ｏ ｒ ｓ ａ ｅ ｉ ｈ ｅ ｅ ｔｙｅ ｒ ｂ ｏ ｆｍａｎ ｏ ｅ ｓ ａ ｐ ｉａ ｅ ｓ ｒ ｏ ｕ ｏ ｍｏ ｓ ｎ ｖｇ ｔｏ ｎ ｃ ｕｉｅ ｐｈ ｓ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｎ ａ ｓ
应 用． 目前 深空 自主导 航 技 术 已经 由传 统 的地 面测 量 向基 于探 测器 自身 携带 光学 自主导航 敏感 器 的 自 主 导航 方 向发展 ， 学 自主 导 航 已成 为 当 前 国 内外 光
深空 自主导航 发 展趋 势 ． 深 空 自主 导 航 敏感 器 一 般 分 为 ３类 ： 一是 巡 航 段 自主导 航敏 感器 ， 在 地 球 启程 奔 向深 空 目标 的 它
著 名 的美 国 Ｄ ． 火 星探 测器 于 １ ９ Ｓ１ ９ ９年 ４月成
巡航 段 通过 观测 多 颗 小行 星角 方 位 ， 过 滤 波 计 算 通
自主确 定 飞行探 测器 在地 球惯 性坐 标 系 中的位置 和
功 结束 了其 飞行 任 务 ， 证 了 ２ 验 ０项 先 进 技 术 ， 中 其
施 密特 校正 板是 １个 高 次 非 球 面外 ， 余 光 学 面 均 其
１ 光 学 导 航 敏 感 器 的特 点 和技 术 指 标
分 解
１ １ 用于深 空 自主导 航的光 学敏 感器 特点 ．
为球 面 ， 窗 口玻 璃为 平板 ， 于修磨 、 且 便 安装 和调 试 ，
且低成 本 ． 图 １所示 ． 如
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｎ ｏ ｔ ａ ａ ｉａｉｎ ｓ ｎ ｏ Ｏ ｓｒ ｃ ： ｐｉ ｔ ｆａ ｐｉ ｌ ｖｇ ｔ ｅ ｓｒ（ ＮＳ）ｉ ａｔｎ ｅ ｃ ｏ ｅ ｐ ｓ ａ ｅｎ ｖｇ ｔ ｎ ｉ ｃ ｏ ｃ ｎ ｏ ｓ ｅ ｄ ｎ ｙ ｆｒｄ ｅ ｐ ｃ 自主 导 航 技 术 ¨ ． 后 ， 此 深
速度 ； 是 避障 和着 陆 自主导航 敏感 器 ， 于深 空着 二 用
陆 寻地 的成像 识 别 与着 陆导 航 敏 感 器 ； 是 环 天 体 三
空 光学 自主导航 就 由理论 方法 研究 走 向 了工程 实 际
室测试 和 外场观 星试 验 的结 果表 明 ， 量 精 度 达 到 ０ ５ （ 盯） 探 测 极 限 灵敏 度 达 到 １ ． Ｍｖ 技 术 测 ．” １ ， ２５ ，
指 标全部 满 足要 求．
关 键词 ：深 空探 测 ； 自主导 航 ；光 学敏 感 器 ；图像 处理 中图分 类号 ： Ｎ ７ Ｔ ３９ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１７ —５ ９ ２ １ ） ３０ ０ ．６ ６ ４ １ ７ （ ０ ２ ０ ．０ ５０
测 量 精 度 极 限探 测灵 敏 度 ／ Ｍｖ
（ ） 于 １ 的测 量精 度 ； ３优
（） ４ 长焦 距 和小视 场角 ；
动 态 范 围
焦 距／ ｍ ｍ
１： ０ １０
９ ３ ８ ５ ．
（ ） 曝光 时间带 来复杂 的 目标像拖 影 ； ５长 （ ） 高的 消杂光 技术要 求 ． ６更
ｍａｎ ｔ ｃ ｎｉａ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｏ ｈ ｉ ｅ ｈ ｃ ｌｐａａ ｔｒ ｆｔ ｅ ＯＮＳ ａ ｃ ａ ｏｌｗｓ：ｔ ｏ ａ ｅ ｇｈ ｉ ３． ｒ ｍ ，ｈ ｅｄ ｏ ｉｗ ｓ ｒ ｓ ｆｌｏ ｈｅ ｆ ｃ ｌｌ ｎ ｔ ｓ９５ ８ ａ ｔ ｅ ｆ ｌ ｆ ｖｅ ｉ ｉ ０． 。 ×０． ８ ８。，ｈ ｉ ｔｎ ｔｃ ｉｎ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｓ １ ｖ，ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔａ ｃ ｒ ｃ ｓ０． ，ａ ｄ ｔ ｅ ｄ — ｔ ｅ ｌｍｉｉ ｇ ｄｅｅ ｔｏ ｅ ｓｔ ｉ ｉ ２ Ｍ ｉ ｙ ｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｉ ５ ｎ ｈ ｙ
ｎａ ｉ ａ ｇ ｆｒ ｓ ｏ ｓ ｓ １ ０： ｍ ｃ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｐ ｎ ｅ ｉ ０ １． Ｔ ｅ ｔｒ ｓ ｔ ｎ ｔ ａ ｏ ａ ｏｙ ａ ｄ ｓａ ｓ ｏ ｓ ｒ ａｉ ｎ ｓａ ｉｎ ｉ ｉａ ｅ ｈｅ ｔｓ ｅ ｕｌｓｉ ｈｅ ｌｂ ｒ ｔｒ ｎ ｔ ｒ ｂ ｅ ｖ ｔｏ ｔｔｏ ｎｄ ｃ ｔ