深空探测器的自主天文导航原理与方法PPT课件
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深空探测器的导航与位置定位
深空探测器的导航与位置定位在现代科技的快速发展下，人类不断探索更远、更广阔的空间。
深空探测器作为人类进一步探索的重要工具，其导航与位置定位技术成为实现任务目标的关键。
本文将从导航原理、位置定位方法和应用前景等方面探讨深空探测器的导航与位置定位。
深空探测器面临的首要挑战是在无太阳系参照物的情况下，准确地导航和定位。
因此，为了克服这一困难，研究人员利用星空的几何关系和信号传输延迟等原理进行导航定位。
首先，深空探测器利用恒星导航，即通过观测恒星位置的变化来确定自身位置。
根据已知的恒星位置和星历数据，探测器可以通过测量恒星的方位角和高度角，计算自身的方位和高度。
然而，恒星导航在面对星系外的探测任务时存在一定的局限性，因为恒星的位置和运动存在微小的不确定性。
其次，深空探测器还可以利用射电信号的传输延迟进行导航定位。
这是通过测量控制站发出的射电信号从发射到接收的时间来计算探测器离地球的距离，从而确定其位置。
这种方法的优势是可以实时更新位置信息，同时也可以较好地适应星际环境的不确定性。
除了上述方法之外，深空探测器还可利用交会对接技术进行导航和位置定位。
这种方法需要至少两个探测器在空间中同时进行观测，并通过测量它们之间的距离、速度和角度等参数，计算出它们的相对位置和航向角。
交会对接技术在多探测器合作任务中起到关键作用，提高了任务的精确性和可靠性。
尽管深空探测器的导航与位置定位技术已经取得了重要进展，但仍然面临一些挑战和限制。
首先，星系外探测任务中，恒星导航方法的精度有限，无法满足高精度要求。
其次，在星系外环境中，射电信号传输受到星际介质的干扰，使得测量不准确。
此外，交会对接技术需要多个探测器同时运行，增加了任务的复杂性和成本。
然而，随着技术的不断进步，深空探测器的导航与位置定位技术有着广阔的应用前景。
例如，它可以应用于行星探测，通过准确的导航和位置定位，在行星表面进行探测和采样。
此外，导航与位置定位技术也可以应用于星际飞行器，实现星际旅行和外星探索的目标。
脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原理及方法
obs4376延迟量的确定由上述式并结合延迟量所受到的时间和空间效应有观测方程其中是飞行器的探测器在初始时刻观测到的第一个脉冲星信号与当前脉冲到达时间之差是太阳系质心相对于太阳质心的位置矢量urur4476延迟量的确定上式中的第一项称为一阶多普勒延迟即飞行器的位置矢量在脉冲星方向上的投影第二项表示周年视差影响第一项和第二项被合称为roemer迟该延迟是构成脉冲星信号观测量的主要因素
脉冲星测量技术用于深空探测 器自主导航的原理及方法
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脉冲星的发现
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脉冲星机制
当一颗恒星变成超新星时，经过激烈变化后，留下满天膨胀的气体和微 小物质，余下的核心直径只有几十到十几公里。超新星的内爆非常强烈，恒 星原子里的质子和电子被紧紧地压缩 在一起，抵消了它们的电荷，形成 中子。这种中子星可以达到水密度 的1014倍，有着极强的磁场，可以 非常快速地旋转。因为磁轴不与旋 转轴重合，二者一般具有一定的 夹角，当脉冲星高速旋转时，辐 射束将沿着磁场两极方向被抛出 ，随着脉冲星的自转，该辐射束 周期性扫过探测器的视界，形成 脉冲。
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脉冲星导航技术研究历程
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研究历程
a) 脉冲星导航思想的萌芽阶段 1. 脉冲星导航思想最早于 20 世纪 70 年代提出。 2. 1971 年，Reichley，Downs 和Morris 首次描述了把射电脉冲星作为时钟的思 想。 3. 1974 年，Downs 在文献《Interplanetary Navigation Using Pulsation Radio Source》中提出一种基于射电脉冲星信号进行行星际导航的思想，标志着脉 冲星导航思想的初步形成。但由于脉冲星的射电信号强度较弱，宇宙中的射 电信号噪声强度大，导航中需要至少 25m 口径的天线接收信号，因此该方法 很难在工程中实现。 4. 20 世纪 70 年代后期，天文观测在 X 射线波段能量范围 1~20keV、频率范围 2.5×1017 ~ 4.8×1017Hz的进展，促进了对 X 射线脉冲星特性的研究。 5. 1980 年 Downs 和 Reichley 提出测量脉冲星脉冲到达时间的技术。 1981 年 Chester 和Butman 在国际上第一次正式提出利用 X 射线脉冲星进行航天器导 航的思想。
脉冲星测量技术用于深空探测 器自主导航的原理及方法
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脉冲星的发现
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脉冲星机制
当一颗恒星变成超新星时，经过激烈变化后，留下满天膨胀的气体和微 小物质，余下的核心直径只有几十到十几公里。超新星的内爆非常强烈，恒 星原子里的质子和电子被紧紧地压缩 在一起，抵消了它们的电荷，形成 中子。这种中子星可以达到水密度 的1014倍，有着极强的磁场，可以 非常快速地旋转。因为磁轴不与旋 转轴重合，二者一般具有一定的 夹角，当脉冲星高速旋转时，辐 射束将沿着磁场两极方向被抛出 ，随着脉冲星的自转，该辐射束 周期性扫过探测器的视界，形成 脉冲。
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脉冲星导航技术研究历程
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研究历程
a) 脉冲星导航思想的萌芽阶段 1. 脉冲星导航思想最早于 20 世纪 70 年代提出。 2. 1971 年，Reichley，Downs 和Morris 首次描述了把射电脉冲星作为时钟的思 想。 3. 1974 年，Downs 在文献《Interplanetary Navigation Using Pulsation Radio Source》中提出一种基于射电脉冲星信号进行行星际导航的思想，标志着脉 冲星导航思想的初步形成。但由于脉冲星的射电信号强度较弱，宇宙中的射 电信号噪声强度大，导航中需要至少 25m 口径的天线接收信号，因此该方法 很难在工程中实现。 4. 20 世纪 70 年代后期，天文观测在 X 射线波段能量范围 1~20keV、频率范围 2.5×1017 ~ 4.8×1017Hz的进展，促进了对 X 射线脉冲星特性的研究。 5. 1980 年 Downs 和 Reichley 提出测量脉冲星脉冲到达时间的技术。 1981 年 Chester 和Butman 在国际上第一次正式提出利用 X 射线脉冲星进行航天器导 航的思想。
VLBI用于深空探测器导航的原理及方法
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1、大气窗口
– 1870年苏格兰物理学家麦克斯韦建立了一套完整的电磁学理论。 • 电磁场周期性的变化会产生“电磁辐射”-电磁波，电磁波具 有比已经观测到的紫外线更短、比红外线更长的任意波长。 • 可见光是一种电磁波，它只占电磁波谱的很小一部分。
至20世纪初，人们已经在地面实验室中发现了从波长短于0.01毫微米的γ射线到波长大于500毫米以上的 无线电波整个电磁辐射的跨度。
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预备知识（续）
3）射电干涉测量的提出 • 用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线
电波, 两束波进行干涉,其等效分辨率最高可以等同 于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远 镜。 • 采用信号的干涉,将不同射电望远镜接收到同一天体 的数据进行处理,即可测量出该天体所发射的无线电 信号的相关特性。 • 观测分辨率不再依赖于望远镜口径的大小,而是取决 于各望远镜之间的距离,因此望远镜之间的距离越长 , 分辨本领越高。
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2、射电天文学的诞生（续）
1）射电波的发现-央斯基的实验 一恒星年实际上比在地球上观 察的日出或日落的数值长一天 。 因此，地球对于恒星的旋转周 期（一恒星天）比一个太阳日 （地球绕日自传周期）短大约 4分。 因此央斯基做出结论，这种放 射线的来源肯定比太阳远。 经过1年多的精确测量和分析 ，确认这种噪声来自地球之外 ，银河系中心人马座方向发射 的一种射电波。
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一、射电天文学的诞生
1、大气窗口
天文导航的原理及应用
天文导航的原理及应用天文导航是以太阳、月球、行星和恒星等自然天体作为导航信标，以天体的地平坐标(方位或高度)作为观测量，进而确定测量点地理位置(或空间位置)及方位基准的技术和方法。
航空和航天的天文导航都是在航海天文导航基础上发展起来的。
航空天文导航跟踪的天体主要是亮度较强的恒星。
航天中则要用到亮度较弱的恒星或其他天体。
以天体作为参考点，可确定飞行器在空中的真航向。
使星体跟踪器中的望远镜自动对准天体方向可以测出飞行器前进方向（纵轴）与天体方向（即望远镜轴线方向）之间的夹角（称为航向角）。
由于天体在任一瞬间相对于南北子午线之间的夹角（即天体方位角）是已知的。
这样，从天体方位角中减去航向角就得到飞行器的真航向。
通过测量天体相对于飞行器参考面的高度就可以判定飞行器的位置。
以地平坐标系在飞行器上测得某星体C的高度角h,由90°-h 可得天顶距z（图1），以星下点(天体在地球上的投影点)为圆心，以天顶距z所对应的地球球面距离R为半径作一圆，称为等高圆(图2)。
在这个圆上测得的天体高度角都是h。
同时测量两个天体C1、C2,便得到两个等高圆。
由这两个圆的交点得出飞行器的实际位置M 和虚假位置M′。
再用飞行器位置的先验信息或第三个等高圆来排除虚假位置，经计算机解算即得出飞行器所在的经、纬度(λ、φ)。
天文导航的分类按星体的峰值光谱和光谱范围分，天文导航可分为星光导航和射电天文导航。
观测天体的可见光进行导航的叫星光导航，而接收天体辐射的射电信号(不可见光)进行导航的叫射电天文导航。
前者可解决高精度昼夜全球自动化导航定位，后者可克服阴雨等不良天气影响，通过探测射电信号进行全天候天文导航与定位。
根据跟踪的星体数，天文导航分为单星、双星和三星导航。
单星导航由于航向基准误差大而定位精度低，双星导航定位精度高，在选择星对时，两颗星体的方位角差越接近90°，定位精度越高。
三星导航常利用第三颗星的测量来检查前两次测量的可靠性，在航天中，则用来确定航天器在三维空间中的位置。
小学教育ppt课件教案深空探测器：探索人类对外层空间的探测技术
月球探测
深空探测网
20世纪60年代，美国和苏联相继成功 发射月球探测器，实现了对月球的近 距离观测和着陆。
随着技术的发展，人类建立了深空探 测网，实现了对多个天体的同时探测 和数据传输。
火星探测
70年代开始，人类将探测目标转向火 星，发射了多个火星探测器，成功实 现了对火星的环绕、着陆和巡视。
21世纪的深空探测挑战与机遇
网络资源
推荐学生们访问一些专业的航天科技网站，如中国航天科 技网、美国国家航空航天局官网等，获取最新的深空探测 资讯和技术动态。
科普讲座和视频
推荐学生们观看一些有关深空探测的科普讲座和视频，如 《旅行者号的故事》、《火星探秘》等，这些资源有助于 学生更直观地了解深空探测的魅力和挑战。
THANKS
感谢观看
可持续化
为了降低深空探测任务的成本和风险，未来探测器将更加注重可持续 性设计，如采用可重复使用的部件、模块化设计等。
06
CATALOGUE
课程总结与拓展学习建议
课程重点内容回顾
深空探测器的定义和分类
介绍了深空探测器的概念、分类以及各自的特点和应用范围。
深空探测器的探测原理和技术
详细讲解了深空探测器的探测原理、主要技术和方法，包括光学、雷达、红外等探测手段 。
小学教育ppt课件教 案深空探测器：探 索人类对外层空间 的探测技术
contents
目录
• 引言 • 深空探测器的发展历程 • 深空探测器的关键技术 • 著名的深空探测器及其任务 • 深空探测器的挑战与未来展望 • 课程总结与拓展学习建议
01
CATALOGUE
引言
探测外层空间的意义
01
02
03
科学研究
天文导航的原理及应用
天文导航的原理及应用天文导航是以太阳、月球、行星和恒星等自然天体作为导航信标，以天体的地平坐标(方位或高度）作为观测量，进而确定测量点地理位置（或空间位置）及方位基准的技术和方法.航空和航天的天文导航都是在航海天文导航基础上发展起来的。
航空天文导航跟踪的天体主要是亮度较强的恒星。
航天中则要用到亮度较弱的恒星或其他天体.以天体作为参考点，可确定飞行器在空中的真航向。
使星体跟踪器中的望远镜自动对准天体方向可以测出飞行器前进方向（纵轴）与天体方向（即望远镜轴线方向）之间的夹角（称为航向角）。
由于天体在任一瞬间相对于南北子午线之间的夹角（即天体方位角）是已知的.这样,从天体方位角中减去航向角就得到飞行器的真航向。
通过测量天体相对于飞行器参考面的高度就可以判定飞行器的位置.以地平坐标系在飞行器上测得某星体C的高度角h,由90°-h 可得天顶距z（图1），以星下点(天体在地球上的投影点）为圆心，以天顶距z所对应的地球球面距离R为半径作一圆，称为等高圆(图2)。
在这个圆上测得的天体高度角都是h.同时测量两个天体C1、C2，便得到两个等高圆。
由这两个圆的交点得出飞行器的实际位置 M 和虚假位置M′.再用飞行器位置的先验信息或第三个等高圆来排除虚假位置，经计算机解算即得出飞行器所在的经、纬度（λ、φ）。
天文导航的分类按星体的峰值光谱和光谱范围分，天文导航可分为星光导航和射电天文导航。
观测天体的可见光进行导航的叫星光导航,而接收天体辐射的射电信号(不可见光）进行导航的叫射电天文导航。
前者可解决高精度昼夜全球自动化导航定位，后者可克服阴雨等不良天气影响，通过探测射电信号进行全天候天文导航与定位.根据跟踪的星体数，天文导航分为单星、双星和三星导航。
单星导航由于航向基准误差大而定位精度低,双星导航定位精度高，在选择星对时，两颗星体的方位角差越接近90°，定位精度越高。
三星导航常利用第三颗星的测量来检查前两次测量的可靠性，在航天中，则用来确定航天器在三维空间中的位置.仪器和系统航空常用的天文导航仪器有星体跟踪器、天文罗盘和六分仪等。
第一章 天文导航概述全套PPT
ht=ht’+p
天文船位圆：
圆心：天体地理位置PG 半径：90o－ht
同时观测两个天体就可以得到两个天文船位圆，两个天文船位 圆交于两点，靠近推算船位的一点即天文观测船位。
Ⅰ
+C
Ⅰ
Hale Waihona Puke PG1PG2第二节 天文航海主要内容
天文航海主要包括两部分内容： 第一部分：观测天体定位 第二部分：观测天体求罗经差
天文航海
第一章 概论
天文航海（Celestial Navigation）是研究 船舶在海上如何利用天体导航定位、测定 罗经差的学科，
同时阐述了与船舶安全、经济运行密切相 关的时间系统。
十九世纪中页，由法国航海家圣·希勒尔 （St.Hilaire）提出的高度差法又称截距法为 天文航海奠定了理论基础，并在航海实践中 得到了广泛的应用。
同时观测两个天体就可以得到两个天文船位圆，两个天文船位圆交于两点，靠近推算船位的一点即天文观测船位。 第二节 天文航海主要内容
半径：天体真顶距 Z＝90－h Hilaire）提出的高度差法又称截距法为天文航海奠定了理论基础，并在航海实践中得到了广泛的应用。
t
p
地面真地平 地心真地平
A ht’ ht 90o-ht PG ht
第一部分：观测天体定位 缺点：受自然条件限制，不能全天候导航，必须人工观测，计算繁琐等 天文航海（Celestial Navigation）是研究船舶在海上如何利用天体导航定位、测定罗经差的学科， 十九世纪中页，由法国航海家圣·希勒尔（St. Hilaire）提出的高度差法又称截距法为天文航海奠定了理论基础，并在航海实践中得到了广泛的应用。
天文船位圆: 同时阐述了与船舶安全、经济运行密切相关的时间系统。
天文导航基础(四)
探测器上自身携带的量测设备，通过观测天体 进行天文导航的方法。
5.4深空探测器的自主天文导航
天文导航作为辅助导航手段
水手9号拍摄的火卫二图像
海盗号的天文导航
5.4深空探测器的自主天文导航
海盗号的天文导航
水手9号的天文导航
5.4深空探测器的自主天文导航
旅行者号的拍摄的海王星及其卫星
5.4深空探测器的自主天文导航
深空探测器天文导航的关键技术和发展趋势 • 一类是与自主天文导航理论和方法相关的关键技术； • 一类是与导航系统硬件相关的关键技术。
天文导航理论 状态方程的精确建模 新型测量原理和相应量测方程的建立 先进滤波方法及相应的理论在天文导航中的应用 天文组合导航方法
5.4深空探测器的自主天文导航
天文导航系统技术
观测量示意图
5.1.3基于 “日-地-月”导航
通过观测日-地-月信息，确定地心赤道惯性坐标系下的 航天器位置矢量。
几何关系及观测量示意图
5.1.3基于 “日-地-月”导航
几何关系示意图
5.1.4基于星光折射的天文导航方法
• 通过星光折射间接敏感地平方法，是80年代初发 展起来的一种航天飞行器低成本自主定位方案。
5.4深空探测器的自主天文导航
观测量及观测方程
行星的视角
恒星仰角
5.4深空探测器的自主天文导航
观测量及观测方程
掩星观测
5.4深空探测器的自主天文导航
观测量及观测方程
一个近天体和一个远天体间的夹角
夹角确定的位置面
5.4深空探测器的自主天文导航
观测量及观测方程
两个近天体间的夹角确定位置面
两个近天体间的夹角
5.5射电天文导航
天文导航1
如图所示，飞行器与近天体1（例如地球） 的单位位置矢量为 re ，近天体1与3颗导航恒
星的单位方向矢量为 s1 , s 2 , s3 ，A , A , A 的补角分 别为3次观测得到的3个量测量。可得到如 下方程：
1 2 3
恒星1
圆锥1
S1
航天器 S2 A1 Y 行星 R1 O X 圆锥3 A3 L1 S3 恒星3 A2 圆锥2 恒星2
这一几何描述也可用矢量公式表达。设i为 由近天体到恒星视线的单位矢量，这一矢 量的方向可由天文年历计算出来；r为近天 体到飞行器的位置矢量，r为未知量，由矢 量点乘关系可得位置面的数学描述为：
r i r cos A
其中A为已知的观测量。
近天体/飞行器/近天体
在图2.8中V为飞行器，P1、P2为两个近 天体，在t时刻由飞行器载仪表对P1和P2 进行天文测量，通过测量可求得P1与P2 间的夹角A。由几何关系可知，这时的位 置面是以两近天体连线为轴线，旋转通过 这两点的一段圆弧而获得的超环面，这段 圆弧的中心O在P1P2连线的垂直平分线 上，圆弧半径R与两近天体之间的距离rP 以及A的关系为
天文导航
1，概述
2，天文导航位置面的概念
3，基于纯天文几何解析法的天文导航原理
4，基于轨道动力学方程的天文导航原理
§2.1 概述
天文导航：以已知准确空间位置的自然天体
为基准，通过天体测量仪器被动探测天体位 置，经解算确定测量点所在载体的导航信息。 Βιβλιοθήκη 天器天文导航是通过观测天体来测定飞行
中的航天器所在位置的技术。
系统状态方程简写为：
X (t ) f ( X , t ) w(t )
式中，状态矢量 X [ x
低轨地球卫星自主天文导航基本原理PPT课件
天文与深空导航学
School of Geodesy and Geomatics
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前言
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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
i1 • i1 cos1 ir • i2 cos2
ir• rpr Nhomakorabearp
r
co
s
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纯天文解析导航实例
• 式中，i1,i2为太阳到恒星1和恒星2的单位矢量；r为航天器 相对太阳的位置矢量；rp为地球相对太阳的位置矢量。
• 求解该方程组可得到航天器的位置，但满足该方程的解不 是唯一的。
• 从几何上看，即为两个圆锥面的交线有两条，且这两条交 线与超环面的交点也不唯一。
• 该模糊度可通过航天器位置的预估值或增加观测量来消除。
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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3.1.3纯天文几何解析方法基本原理
⑤这两个圆锥相交便确定了两条位置线，航天器就位于这两 条位置线的一条上，模糊度可以通过观测第三颗恒星来 消除。
• 但是，航天器位置的大概值一般已知，因此，航天器的 实际位置线通
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
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纯天文解析导航实例
• 式中，i1,i2为太阳到恒星1和恒星2的单位矢量；r为航天器 相对太阳的位置矢量；rp为地球相对太阳的位置矢量。
• 求解该方程组可得到航天器的位置，但满足该方程的解不 是唯一的。
• 从几何上看，即为两个圆锥面的交线有两条，且这两条交 线与超环面的交点也不唯一。
• 该模糊度可通过航天器位置的预估值或增加观测量来消除。
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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3.1.3纯天文几何解析方法基本原理
⑤这两个圆锥相交便确定了两条位置线，航天器就位于这两 条位置线的一条上，模糊度可以通过观测第三颗恒星来 消除。
• 但是，航天器位置的大概值一般已知，因此，航天器的 实际位置线通
《天文定位原理》课件
三点定位和多点定位
1
三点定位原理和方法
解释三点定位原理和使用三个已知位置进行定位的方法。
2
多点定位的意义和需求
探讨多点定位的优势、应用领域，并解释多点定位在航空和导航中的重要性。
3
多点定位的处理方法和应用案例
介绍多点定位的处理方法和提供一些实际应用案例。Fra bibliotek总结与展望
天文定位的优缺点和适 用范围
总结天文定位技术的优点和局 限性，并讨论其在不同领域的 适用范围。
3
地球磁场定位的误差分析和校正
讨论地球磁场定位中可能存在的误差，并提供校正方法。
天球坐标定位
天球坐标定位原理
解释天球坐标定位的原理，包括赤道坐标和赤经赤纬的计算方法。
天球坐标系统和坐标转换方法
介绍天球坐标系统和坐标转换的方法，包括地平坐标和黄道坐标。
天球坐标定位的方法和仪器
讨论使用经纬仪和光电定位仪器进行天球坐标定位的方法。
《天文定位原理》PPT课 件
天文定位原理是一门关于天文学中各种定位技术的介绍和应用。本课件将详 细介绍太阳定位、星历定位、地球磁场定位、天球坐标定位、三点定位和多 点定位等内容。
简介
定位的概念和意义
介绍定位的定义和在导航和航海领域的重要性。
天文定位的分类和应用场景
将天文定位技术根据不同的特点进行分类，并介绍各类技术在航空、航海等领域的应用场景。
天文定位的未来发展趋 势和前景
展望天文定位技术的未来发展 方向和可能的研究重点。
天文定位在航空、航海、 导航等领域的重要作用
探讨天文定位技术在航空、航 海和导航等领域的应用和重要 性。
星历定位的方法和仪器
介绍使用卫星导航仪器进行星 历定位的方法，如GPS和北斗 系统。
低轨地球卫星自主天文导航基本原理PPT课件
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纯天文解析导航实例
• 式中，i1,i2为太阳到恒星1和恒星2的单位矢量；r为航天器 相对太阳的位置矢量；rp为地球相对太阳的位置矢量。
• 求解该方程组可得到航天器的位置，但满足该方程的解不 是唯一的。
• 由于星敏感器的精度远高于地平仪的精度，因此，利用 星光折射法可以得到更为精确的航天器位置信息。
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3.1.3航天器纯天文几何解析方法基本原理
• 在航天器上观测到的两颗恒星之间的夹角不会随航天器位置 的改变而变化，而一颗恒星和一颗行星中心之间的夹角则会 随航天器位置的改变而改变，该角度的变化才能够表示位置 的变化。
②利用星间链路的自主导航。该方法主要多颗卫星之间的星 间距离等测量信息进行自主导航。
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3.2 地球卫星直接敏感地平的自主天文导航 2）地球卫星自主导航的主要方法
③利用磁强计的自主导航。
– 该方法是利用三轴磁强计 作为测量仪器；
– 通过卫星所在位置的地磁 场强度的量测值与国际地 磁场模型(IGRF)之间的差 值；
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3.2.1地球卫星直接敏感地平自主天文导航原 理
• 星光角距(恒星视线方向 与地心矢量方向间的夹 角)为直接敏感地平方法 中常用的一种观测量， 其中：
– 恒星视线方向由星敏感器 测得；
天文导航的天体敏感器 ppt课件
ppt课件
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2.3.1恒星敏感器简介 ——恒星敏感器性能要求
②高精度。恒星敏感器通常作为一种高精度的姿态确定设备， 应用于飞机、导弹等高精度制导武器的天文导航系统中。
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2.3.1恒星敏感器简介 ——恒星敏感器性能要求
③实时性强。为实现航天器的姿态确定，需对敏感到的恒星 进行实时的星体识别。
惯性敏感器
雷
光
恒太行
达
学
星阳星
成
成
敏敏敏
像
像
感感感
敏
敏
器器器
感
感器Βιβλιοθήκη 器微激波
光
雷
雷
达
达
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陀 螺
加 速 度 计
倾 角 传 感 器
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2.3恒星敏感器
2.3 恒星敏感器 2.3.1 恒星敏感器简介 2.3.2 恒星敏感器分类 2.3.3 恒星敏感器结构 2.3.4 恒星敏感器的工作原理
天文与深空导航学
主讲：魏二虎 教授
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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 高轨地球卫星自主天文导航 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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2.2天体敏感器分类
②按所敏感光谱的不同分为：可见光敏感器、红外敏感器和 紫外敏感器。
深空探测器的自主天文导航原理与方法
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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
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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
脉冲星测量技术用于深空探测器自主导航的原理及方法共78页
脉冲星测量技术用于深空探测器自主 导航的原理及方法
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
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火星环球勘测者(Mars Global Surveyor， 1996年11月~2006年11月，美)
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4）．火星探测 • 迄今为止，美国、俄罗斯已发射了近30个火星探测器。
1996年美国发射的火星探路者及其携带的旅居者号火星 车，对火星探测取得了大量成果，发回了数千张火星地表 照片，使人类对火星地表景观有了直观的认识。 • 在2002年火星探测器奥德赛号又发现火星表层下深处有 混在土中的冰，其范围从火星南极绵延到南纬60o，预估 水量可装满两个密歇根湖。
总体来说，深空探测存在广义和狭义两种定义。
– (1) 广义的深空探测：对地球以外天体和行星 际开展的空间探测活动；
– (2) 狭义的深空探测：航天器在飞行过程中， 其所处的主引力场是地球以外的天体，或处于 多体引力平衡点附近的空间探测活动。
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• 探测了土星之后，先 驱者11号便与先驱者 10 号 同 于 1989 年 飞 离太阳系。
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2）．旅行者号行星和行星际探测器 • 美国1977年8月和9月分别发射了行
星和行星际探测器旅行者1号和旅行 者2号，旅行者号携带的仪器和能源 设备比先驱者号更先进。 • 旅行者1号于1979年3月先期飞近木 星，旅行者2号于7月到达，拍摄了 木星大红斑照片，并发现木卫1有活 火山喷发、木卫2(欧罗巴)上面完全 由一层冰覆盖。
• 先驱者10号原设计寿命为22个月，但最终工作时间长达 25年。
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4.1.1深空探测的发展
• 先 驱 者 11 号 于 1973 年4月6日启程，以探 测土星为主要目标。
• 1979 年 9 月 1 日 ， 先 驱 者 11 号 从 距 土 星 3 400 km的地方掠过
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Model of the Clementine
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玉兔号（中）
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4.1.1深空探测的发展
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• 旅行者2号则正沿着另一条轨道飞向太阳系的边缘，目前 距离太阳也有100X108km。目前旅行者号仍在高速飞行， 正在向太阳系边缘前进。
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4.1.1深空探测的发展
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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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4.1.1深空探测的发展
• 旅行者号探测器接着又飞近土星观察了土星环，1986年 飞抵天王星附近，1989年飞抵海王星附近。
• 截至2004年底，旅行者1号已距地球140X108km，是目 前飞得最远的人造航天器，它在2004年12月16 日左右探 测到的一些迹象，使科学家们判断它已首次穿越太阳系最 外层的标志——激波边界。
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4.1.1深空探测的发展
• 1972年向木星发射的先驱者10号是第一个到达木星、木 星卫星和土星附近的探测器。
• 之后先驱者10号飞过冥王星，于1983年飞离太阳系，进 入恒星际空间，成为第一个飞出太阳系的探测器。
• 到2005年1月，先驱者10号已距离地球122X108km，从 飞船发回的信号需用11小时20分才能到达地球。
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第四章. 深空探测器的自主天文导航 原理与方法
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
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4.1 引 言 ——深空探测定义
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4.1.1深空探测的发展
3）．月球探测器 • 自阿波罗登月计划后，20世纪70
年 代 中 期 到 90 年 代 初 ， 人 类 的 探 月活动处于低潮。 • 1994年美国发射的克莱门汀号探 测器发现月球南极可能有冰。 • 接着在1998年又发射了月球探测 者进行水资源探测，也认为在月球 南北两极陨石坑底部存在着水。
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4.1.1深空探测的发展
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海盗号(1975年，美)
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火星探路者(Mars Pathfinder， 1996年12月~1998年3月，美)
天文与深空导航学
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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