基于恒星地球敏感器的空间飞行器自主导航系统
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如 天 文 导航 、无 线 电导航 、 全球 定 位 导航 等 ；利 用 处 理 后 的测 量信 息 获 得 导航 信 息 ，如 光 学 导航 、雷 达 图 形 匹配 导航 等 。
自然 天体 ，通 过测 得太 阳方 向矢 量 、 月球方 向矢量 、
地 心 方 向矢 量 和 空 间飞行 器 的地 心 距 ，经 过 内插和 外
９
上实 时确 定 自身 的位 置和 速 度 的 能力 ，严 格 意 义 上来 说 ，只 有 当航 天 器是 自保持 、实 时运 行 、不 与 外 界交 换信 息 、且 不 依靠 地 面支 持 情 况 下 的导 航系 统 才 是 自 主 的 。常见 的 自主 导 航按 其 获 得 导航 信 息 的方 法 可分 为 ３类 ：连续 地将 测量 的加 速 度对 时 间积 分得 到 导航 信 息 ，如惯 性 导航 等 ；直接 由测 量信 息 获得 导航 信 息 ，
２ １ 年 第 ４期 ０１ 总第 ３ ４ １ 期
文章 编 号 ： １ ０ － １ ２ ２ １ ） ４０ ０ — ５ ０ ４ ７ ８ （ ０ １０ —０ ８ ０
导 弹 与 航 天 运 载 技 术
Ｍ Ｉ Ｓ ＬＥ Ｓ Ｉ Ｓ ＡＮＤ Ｐ Ｓ ＡＣＥ ＶＥ ＣＬ ＨＩ ＥＳ
ＮＯ． ０ｌ ４２ １
推 计 算 ，确 定 空 间飞行 器 的轨道 和 姿态 。据 报 道 ，该
系 统 的 定 位 精 度 可 以达 到 １０ ｍ ， 并 通 过 Ｔ ０ ＡＯＳ
（ ｅｈ ｏｏ ｙｏ ｕｏ ｏ ｕ ｒ ｉＳ ｒｉａ）飞行 实验 Ｔ ｃｎ ｌｇ ｆ ｔｎ ｍｏ ｓ ｂｔ ｕｖｖ １ Ａ Ｏ 进 行 了验证 。
Ａｂ ｔａ ｔ Ｓ ａ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ｙ ｎ ｎｔ ｅｏ ｂｔ ｏ ｎ ｉ ｉ ａ ｒ ｔ ｏ ｅ ｉ ｖｇ ｔ ｎ Ｓ ｓ ｍ （ ） ｔｕ ｓｒ ｃ ： ｐ ｃ ｅ ｉｌｓｆ ｉｇ ｏ ｒ ｉ ｆ ｒ ｌ ｇ ｔ ｌ ｈ ａｏ ｍｅ ｗ ｌ ｌ ｄｔ ｄ ｉ ｓ ｆ ｎ ｒ ａ Ｎａ ｉａｉ ｙ ｔ ｌｅ ｏ ｆ Ｉ ｔ ｌ ｏ ｅ Ｉ ，ｈ ｓ ＮＳ
主 导航 的系 统 。自主 导航 系 统空 问 目标 图如 图 １ 示 ， 所
度 主 要取 决 于设 备本 身 ，无 时 间累积 误 差 ，是一 种 可 靠 的 高精 度 导航 手段 。实 现 天文 自主 导航 具有 重 大 意 义 ：一方 面 可 以大 大 降低 探测 任 务和 地 面支 持 的成本 ； 另 一方 面 ，还 有 助于 提 高空 间 飞行器 的生存 能 力 。 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 以来 ， 以美 国为代 表 的航 天 国家研 制 出 了多种 自主 导航 系 统 。 ａ ）标准 化 空 间制 导系 统是 美 国空 军于 １ ６ ９ ４年研 制成 功 的一 种 自主 导航 系 统 ，其测 量 方 案包 括 地 平扫 描 、 已知 陆标 跟 踪和 未 知陆标 跟 踪 ３种 。陆标 跟 踪器 给 出卫 星 与 陆标 之 间 的方 向矢 量 的测 量 值 ，该 测 量值 与姿 态 的惯 性 基 准相 结 合 实现 自主 导航 。 由于 其 导航 信 息来 自地 面 陆 标 ，这 种 导航 系 统 的导 航精 度 受 天气
星球 的 自转和 公转 运动 ，经常会 导 致探 测器 处 于地 面
站无法 测控 的区域 内。因此 ，为 了降低地 面支 持成本 ，
减少对 地 面 的依赖 ，需要探 测器 利 用 自身携 带 的测量
设备进 行 自主 导航控 制 。航 天器 自主导航 除 了能大大
收稿 日期 ：２ １ －４０ ；修 回 日期：２ １ ．５ １ ０ １０ ． ５ ０ １ —９ ０ 基金 项 目： 国防科 工局预 研项 目 作者简 介 ：宓
０ 引 言
随 着人 类进 入太 空 的航 天器 种类 和 数量 的 急剧增
多 ，地面 站对 航 天器进 行 跟踪 、测 量和 数据 处 理 的负 担越 来越 重 。此 外在深 空 探测 领域 ， 由于地 球 和 目标
降低地 面支 持成 本 外 ，还有 助 于提 高 飞行器 的 生存 能 力 ， 即在地 面站 发 生故 障或 不在 测控 范 围 内时 ，飞行 器 仍 能正 常运行 。 自主 导 航系 统 已经成 为 当前航 天领 域 重要 的发展 方 向 ，对 拓 展人类 在 太 空活动 ห้องสมุดไป่ตู้域 的应 用有 重 要意义 ［。 １ １
Ｓ ｍ ． １ ｕ ＮＯ ３ ４
基 于恒 星 地 球 敏 感 器 的 空 间飞 行 器
自主 导 航 系统
宓 莎 ，杜 红棉 ，马铁 华 ，王俊 峰
（ ．中北 大 学 ，太 原 ，０ ０ ５ ；２ １ ３ ０ １ ．中 国运 载 火 箭 技 术 研 究 院 ， 北 京 ， １０ ７ ） ００６
置 的 天体 作 为导 航信 标 ，隐 蔽性 好 、 自主 性 强 ，其 精
空 间 飞行 器 长 时 间在轨 飞 行将 引起 惯 性 导航 系统
的 漂移 ，因此 需 要采 用 自主导 航 、地 面测 控 等方 法进
行修 正 。 本文 介 绍基 于两 恒 星方位 ＋ 球敏 感器 进行 自 地
Ｍ ｉＳｈ Ｄｕ Ｈｏ ｍｉ ｎ ，Ｍ ａ Ｔｉ ｈ ａ ， ｎｇ ａ ｅ ｕａ ，Ｗ ａ ｕｎ ｅ ｇ ｎｇ Ｊ ｆ ｎ 。
（． ｒ ｎｖｒｉ ｆ ｈｎ ， ａ ｕ ｎ ０ ０ ５ ； ． ｈｎ ａ ｅ ｆ ａ ｎ ｈＶ ｈｃ ｅｈ ｌｇ ， ｅ ｉｇ １ ０ ７ ） １Ｎｏｔ Ｕ ｉｅｓｙｏ Ｃ ｉａ Ｔ ｉ ａ ， ３ ０ １ ２ Ｃ ｉａ ｈ ｔ ｙ Ａｃｄ ｍｙｏ Ｌ ｕ ｃ ｅ ｉｌ Ｔ ｃ ｎｏ ｙ Ｂ ｉｎ ， ０ ０ ６ ｅ ｊ
ｅ ｐ ｏ ｉ ｇ ｍ ｅｈ ｄ ｕ ｈ ａ ｕ ｏ ｏ ｍ ｌ ｙ ｎ ｔ ｏ ｓ ｓ ｃ ｓ ａ ｔ ｎ ｍｏ ｓｎ ｖ ｇ ｔｏ ，ｇ ｏ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔｏ ｓ ｎ ｅ ｅ ｏ ｃ ｒ ｅ ｔｅ ｒ ｒ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｕ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｅ ｄ ｄ ｔ ｏ ｒ ｃ ｒｏ ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓｕ ｙ ｏ ｐ ｃ ｃ ａ ｔａ ｔ ｎ ｍ ｏ ｓ ｎ ｖ ｇ ｔｏ ， ｈｉ ｐ ｐ ｒ ｃ ｏ ｓ ｓ ａ ｔ ｎ ｍｏ ｓ ｎ ｖ ｇ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｙ ｔ ｍ ｆ ｓａ ｅ ｓ ｒ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｔ ｄ ｆｓ ａ ｅ ｒ ｆ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ｈ ｏ ｅ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｄ ｌｓ ｓｅ ｏ ｔ ｒ ｓ ｎ ｏ ｏ ｉ ｉ ｇ ｏ ｅ ｒｈ ｓ ｎ ｏ ， ｉ ｈ ｉ ｅ ａ ｉ ｅｙ ｍａ ｕ ｅ ｉ ｉ ａ ｅ ． ｅ ｎ ｉ ， ｈ ｓ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｃ ｍｐ ｓｔｏ ， ａ ｔ ｅ ｓ ｒ ｗｈ ｃ ｓｒ ｌ ｔ ｌ ｔ ｒ ｎｔ ｓ ｒ ａ Ｍ ａ ｗｈ ｌ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｓａ ｔ ｎ ｍｏ ｓ ｖ ｇ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｏ ｉ ｎ ｖ ｈ ｅ ｎ ｉ ｍ ｏ ｅ ｕ ｌ ｉ ｇ ｉｌ ｒ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｏ ｔｏ ｎ Ｏ ｏ ．Ｆ ｎ ｌｙ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｇ ｖ ｓ ｄ ｔ ｉｅ ｎ ｌ ｓｓ Ｏ ｈｅ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｄ ｌ ｂ ｉｄ ｎ ，ｆ ｔ ｌ ｏ ｉ ｅ ｈ ｐｉｎ ａ ｄ Ｓ ｎ ｉ ａ ｌ ，ｔ ｉ ａ ｅ ｉ ｅ ｅａ ｌ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｎ ｅ ｃ ｆ ｄ ｆ ｒ ｎ ｌ ｓ ｍｐ ｉ ｇ ｐ ｒｏ ， ａ ｌ ｇ ａ ｃ ｌｎ ｔ ，ｓ ｎ ｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｔ ｒｓ ｎ ｏ ｎ ｈ ｏ ｉ ｇ ｓａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｔ ｎ ｍ ｏ ｓ ｎ ｖ ｇ ｔｏ ａ ｌ ｅ ｉ ｄ ｓ ｍｐ ｉ ｒ －ｅ ｇ ｈ ｅ ｓ ｒ ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｓａ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ ｃ ｏ ｓｎ ｔ ｒｓ ｈ ｍｅ ０ ｈ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ ｎ
ｓ ｔ ｍ ｃ ｕｒ ｃ Ａ ｕ ｏｎｏ ｏｕｓｎａ ｇａ ｉ ｙｓｅｍ ｉｌｈ ｖｅ ａ ｓｇ ｆｃ ｎ ｍ ｐａ ｔｏ ｅ ｐａ ｙｓｅ ａ ｃ ａ ｙ． ｔ ｍ ｖｉ ｔｏｎ ｓ ｔ ｗ ｌ ａ ｉ ｎｉｉ ａ ｔｉ ｃ ｎ ｘ ｎｄｉ ｐｐｌｃ ｔｏ ｆｓ ｃ ｒ ｎｓ ｒａ ｉ ｎ ｎｇ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｐａ ｅ ｔａ ｐｏ ｔｔｏ ｓ ｔｍ ｄｅ ｙｓｅ ａｎ ｖａｌａ ｉ ｈｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｐ ｃ ｒ ｎｓ ｔａ ｉ ｎ ｙｓｅ ． ｕ ｔｎｇ ｔ ｌ ｃ ｆｓ ａ ｅ ｔａ ｐｏｒ ｔｏ ｓ ｔ ｍ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： Ａ ｕ ｏｎｏ ｏｕｓｎ ｖｉ ａ ｉ ｙＷ ｒ ｔ ｍ ａ ｇ ｔｏｎ； ａ ｅ ｏ ；Ｅａ ｔ ｅ ｏｒ Ｓｔ ｒｓ ｎｓ ｒ ｒｈ ｓ ｎｓ ；Ｓｐａ ｅ ｖ ｈｉ ｌ ｃ ｅ ｃｅ
摘要 ： 空间飞行 器长 时间在轨 飞行 将 引起 其惯 性导航 系统 的漂移 ， 因此 需要 采用 自主导航 、地 面测控 等方法 进行修
正。在对 现有 的航 天 器 自主导航 方 法研 究 的基 础上 ，选用技 术较成 熟基 于状 态模 型的星敏 感 器 ＋地球敏 感 器模 式 的 自主
导航 系统 。并 对 自主导航 系统 的构成 、模型 的建立 、以及 滤波算 法的选择 等 问题 进行 了研 究 。最后分析 了星敏 感 器的采 样 周期 、采样弧 长、敏感 器精度 对 自主 导航 系统精度 的影响 。 自主导航 系统 对于拓展 航 天运 输 系统在 空间领域 的应用 、 提升 航天运输 系统 的地位和作 用有 重大意 义。 关键 词： 自主 导航 ； 星敏 感 器；地球敏 感器； 空间飞行 器
１ 自主导航系统介绍
飞行 器 自主 导航 是指 不 依赖外 界 支持 而在 航 天器
莎 （９ ８） １ ８ 一 ，女 ，硕 士研究 生 ，主要研 究 方向为 导航 、制 导与控 制
第４ 期
宓 等 于 星 球 感 空 飞 器自 导 系 莎 基 恒 地 敏 器的 间 行 主 航 统
中 图 分 类 号 ： Ｔ ７ ５２ Ｊ６ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｓ ｃ ｅ ｉ ｌ ｔ ｎｏ ｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓ ｅ ｓ ｄ ｏ ｐａ ｅＶ ｈ ｃ ｅ Ａｕ ｏ ｍ ｕｓＮ ｖ ｇ ｔｏ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｆｉ ｅ ａ ｎ ｒ ｈ Ｓ ｎ ｏ ｘ ｄ Ｓｔ ｒａ ｄ Ｅａ ｔ ｅ ｓ ｒ
２ 基 于 状 态模 型 的 星 敏 感 器 ＋地 球 敏 感 器 模 式 的 自主导 航 系统 Ｌ ３ Ｊ
天 文 导航 是 利用 光 学 敏感 器 测得 的天 体 （ 球 、 月 地 球 、太 阳 、其 他行 星 和 恒星 ）信 息进 行 载体 位 置 计 算 的 一种 定位 导 航方 法 。它 以宇 宙 中具 有精 确 空 间位
等环 境 因素 的影 响较 大 。
包 括两个 星 敏感 器和 一 个地球 敏 感器 。
图 １ 自主导 航 系统 空 间 图
ｂ 空 间六 分仪 是 美 国空 军发 展 的一个 自主 导 航系 ） 统 ，能得 到 较高 精度 的飞行器 位 置 （ 为 ２ ０ｍ）和姿 约 ５
自然 天体 ，通 过测 得太 阳方 向矢 量 、 月球方 向矢量 、
地 心 方 向矢 量 和 空 间飞行 器 的地 心 距 ，经 过 内插和 外
９
上实 时确 定 自身 的位 置和 速 度 的 能力 ，严 格 意 义 上来 说 ，只 有 当航 天 器是 自保持 、实 时运 行 、不 与 外 界交 换信 息 、且 不 依靠 地 面支 持 情 况 下 的导 航系 统 才 是 自 主 的 。常见 的 自主 导 航按 其 获 得 导航 信 息 的方 法 可分 为 ３类 ：连续 地将 测量 的加 速 度对 时 间积 分得 到 导航 信 息 ，如惯 性 导航 等 ；直接 由测 量信 息 获得 导航 信 息 ，
２ １ 年 第 ４期 ０１ 总第 ３ ４ １ 期
文章 编 号 ： １ ０ － １ ２ ２ １ ） ４０ ０ — ５ ０ ４ ７ ８ （ ０ １０ —０ ８ ０
导 弹 与 航 天 运 载 技 术
Ｍ Ｉ Ｓ ＬＥ Ｓ Ｉ Ｓ ＡＮＤ Ｐ Ｓ ＡＣＥ ＶＥ ＣＬ ＨＩ ＥＳ
ＮＯ． ０ｌ ４２ １
推 计 算 ，确 定 空 间飞行 器 的轨道 和 姿态 。据 报 道 ，该
系 统 的 定 位 精 度 可 以达 到 １０ ｍ ， 并 通 过 Ｔ ０ ＡＯＳ
（ ｅｈ ｏｏ ｙｏ ｕｏ ｏ ｕ ｒ ｉＳ ｒｉａ）飞行 实验 Ｔ ｃｎ ｌｇ ｆ ｔｎ ｍｏ ｓ ｂｔ ｕｖｖ １ Ａ Ｏ 进 行 了验证 。
Ａｂ ｔａ ｔ Ｓ ａ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ｙ ｎ ｎｔ ｅｏ ｂｔ ｏ ｎ ｉ ｉ ａ ｒ ｔ ｏ ｅ ｉ ｖｇ ｔ ｎ Ｓ ｓ ｍ （ ） ｔｕ ｓｒ ｃ ： ｐ ｃ ｅ ｉｌｓｆ ｉｇ ｏ ｒ ｉ ｆ ｒ ｌ ｇ ｔ ｌ ｈ ａｏ ｍｅ ｗ ｌ ｌ ｄｔ ｄ ｉ ｓ ｆ ｎ ｒ ａ Ｎａ ｉａｉ ｙ ｔ ｌｅ ｏ ｆ Ｉ ｔ ｌ ｏ ｅ Ｉ ，ｈ ｓ ＮＳ
主 导航 的系 统 。自主 导航 系 统空 问 目标 图如 图 １ 示 ， 所
度 主 要取 决 于设 备本 身 ，无 时 间累积 误 差 ，是一 种 可 靠 的 高精 度 导航 手段 。实 现 天文 自主 导航 具有 重 大 意 义 ：一方 面 可 以大 大 降低 探测 任 务和 地 面支 持 的成本 ； 另 一方 面 ，还 有 助于 提 高空 间 飞行器 的生存 能 力 。 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 以来 ， 以美 国为代 表 的航 天 国家研 制 出 了多种 自主 导航 系 统 。 ａ ）标准 化 空 间制 导系 统是 美 国空 军于 １ ６ ９ ４年研 制成 功 的一 种 自主 导航 系 统 ，其测 量 方 案包 括 地 平扫 描 、 已知 陆标 跟 踪和 未 知陆标 跟 踪 ３种 。陆标 跟 踪器 给 出卫 星 与 陆标 之 间 的方 向矢 量 的测 量 值 ，该 测 量值 与姿 态 的惯 性 基 准相 结 合 实现 自主 导航 。 由于 其 导航 信 息来 自地 面 陆 标 ，这 种 导航 系 统 的导 航精 度 受 天气
星球 的 自转和 公转 运动 ，经常会 导 致探 测器 处 于地 面
站无法 测控 的区域 内。因此 ，为 了降低地 面支 持成本 ，
减少对 地 面 的依赖 ，需要探 测器 利 用 自身携 带 的测量
设备进 行 自主 导航控 制 。航 天器 自主导航 除 了能大大
收稿 日期 ：２ １ －４０ ；修 回 日期：２ １ ．５ １ ０ １０ ． ５ ０ １ —９ ０ 基金 项 目： 国防科 工局预 研项 目 作者简 介 ：宓
０ 引 言
随 着人 类进 入太 空 的航 天器 种类 和 数量 的 急剧增
多 ，地面 站对 航 天器进 行 跟踪 、测 量和 数据 处 理 的负 担越 来越 重 。此 外在深 空 探测 领域 ， 由于地 球 和 目标
降低地 面支 持成 本 外 ，还有 助 于提 高 飞行器 的 生存 能 力 ， 即在地 面站 发 生故 障或 不在 测控 范 围 内时 ，飞行 器 仍 能正 常运行 。 自主 导 航系 统 已经成 为 当前航 天领 域 重要 的发展 方 向 ，对 拓 展人类 在 太 空活动 ห้องสมุดไป่ตู้域 的应 用有 重 要意义 ［。 １ １
Ｓ ｍ ． １ ｕ ＮＯ ３ ４
基 于恒 星 地 球 敏 感 器 的 空 间飞 行 器
自主 导 航 系统
宓 莎 ，杜 红棉 ，马铁 华 ，王俊 峰
（ ．中北 大 学 ，太 原 ，０ ０ ５ ；２ １ ３ ０ １ ．中 国运 载 火 箭 技 术 研 究 院 ， 北 京 ， １０ ７ ） ００６
置 的 天体 作 为导 航信 标 ，隐 蔽性 好 、 自主 性 强 ，其 精
空 间 飞行 器 长 时 间在轨 飞 行将 引起 惯 性 导航 系统
的 漂移 ，因此 需 要采 用 自主导 航 、地 面测 控 等方 法进
行修 正 。 本文 介 绍基 于两 恒 星方位 ＋ 球敏 感器 进行 自 地
Ｍ ｉＳｈ Ｄｕ Ｈｏ ｍｉ ｎ ，Ｍ ａ Ｔｉ ｈ ａ ， ｎｇ ａ ｅ ｕａ ，Ｗ ａ ｕｎ ｅ ｇ ｎｇ Ｊ ｆ ｎ 。
（． ｒ ｎｖｒｉ ｆ ｈｎ ， ａ ｕ ｎ ０ ０ ５ ； ． ｈｎ ａ ｅ ｆ ａ ｎ ｈＶ ｈｃ ｅｈ ｌｇ ， ｅ ｉｇ １ ０ ７ ） １Ｎｏｔ Ｕ ｉｅｓｙｏ Ｃ ｉａ Ｔ ｉ ａ ， ３ ０ １ ２ Ｃ ｉａ ｈ ｔ ｙ Ａｃｄ ｍｙｏ Ｌ ｕ ｃ ｅ ｉｌ Ｔ ｃ ｎｏ ｙ Ｂ ｉｎ ， ０ ０ ６ ｅ ｊ
ｅ ｐ ｏ ｉ ｇ ｍ ｅｈ ｄ ｕ ｈ ａ ｕ ｏ ｏ ｍ ｌ ｙ ｎ ｔ ｏ ｓ ｓ ｃ ｓ ａ ｔ ｎ ｍｏ ｓｎ ｖ ｇ ｔｏ ，ｇ ｏ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔｏ ｓ ｎ ｅ ｅ ｏ ｃ ｒ ｅ ｔｅ ｒ ｒ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｕ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｅ ｄ ｄ ｔ ｏ ｒ ｃ ｒｏ ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓｕ ｙ ｏ ｐ ｃ ｃ ａ ｔａ ｔ ｎ ｍ ｏ ｓ ｎ ｖ ｇ ｔｏ ， ｈｉ ｐ ｐ ｒ ｃ ｏ ｓ ｓ ａ ｔ ｎ ｍｏ ｓ ｎ ｖ ｇ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｙ ｔ ｍ ｆ ｓａ ｅ ｓ ｒ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｔ ｄ ｆｓ ａ ｅ ｒ ｆ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ｈ ｏ ｅ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｄ ｌｓ ｓｅ ｏ ｔ ｒ ｓ ｎ ｏ ｏ ｉ ｉ ｇ ｏ ｅ ｒｈ ｓ ｎ ｏ ， ｉ ｈ ｉ ｅ ａ ｉ ｅｙ ｍａ ｕ ｅ ｉ ｉ ａ ｅ ． ｅ ｎ ｉ ， ｈ ｓ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｓｅ ｃ ｍｐ ｓｔｏ ， ａ ｔ ｅ ｓ ｒ ｗｈ ｃ ｓｒ ｌ ｔ ｌ ｔ ｒ ｎｔ ｓ ｒ ａ Ｍ ａ ｗｈ ｌ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｓａ ｔ ｎ ｍｏ ｓ ｖ ｇ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｏ ｉ ｎ ｖ ｈ ｅ ｎ ｉ ｍ ｏ ｅ ｕ ｌ ｉ ｇ ｉｌ ｒ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｏ ｔｏ ｎ Ｏ ｏ ．Ｆ ｎ ｌｙ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｇ ｖ ｓ ｄ ｔ ｉｅ ｎ ｌ ｓｓ Ｏ ｈｅ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｄ ｌ ｂ ｉｄ ｎ ，ｆ ｔ ｌ ｏ ｉ ｅ ｈ ｐｉｎ ａ ｄ Ｓ ｎ ｉ ａ ｌ ，ｔ ｉ ａ ｅ ｉ ｅ ｅａ ｌ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｎ ｅ ｃ ｆ ｄ ｆ ｒ ｎ ｌ ｓ ｍｐ ｉ ｇ ｐ ｒｏ ， ａ ｌ ｇ ａ ｃ ｌｎ ｔ ，ｓ ｎ ｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｔ ｒｓ ｎ ｏ ｎ ｈ ｏ ｉ ｇ ｓａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｔ ｎ ｍ ｏ ｓ ｎ ｖ ｇ ｔｏ ａ ｌ ｅ ｉ ｄ ｓ ｍｐ ｉ ｒ －ｅ ｇ ｈ ｅ ｓ ｒ ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｓａ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ ｃ ｏ ｓｎ ｔ ｒｓ ｈ ｍｅ ０ ｈ ｕ ｏ ｏ ｕ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ ｎ
ｓ ｔ ｍ ｃ ｕｒ ｃ Ａ ｕ ｏｎｏ ｏｕｓｎａ ｇａ ｉ ｙｓｅｍ ｉｌｈ ｖｅ ａ ｓｇ ｆｃ ｎ ｍ ｐａ ｔｏ ｅ ｐａ ｙｓｅ ａ ｃ ａ ｙ． ｔ ｍ ｖｉ ｔｏｎ ｓ ｔ ｗ ｌ ａ ｉ ｎｉｉ ａ ｔｉ ｃ ｎ ｘ ｎｄｉ ｐｐｌｃ ｔｏ ｆｓ ｃ ｒ ｎｓ ｒａ ｉ ｎ ｎｇ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｐａ ｅ ｔａ ｐｏ ｔｔｏ ｓ ｔｍ ｄｅ ｙｓｅ ａｎ ｖａｌａ ｉ ｈｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｐ ｃ ｒ ｎｓ ｔａ ｉ ｎ ｙｓｅ ． ｕ ｔｎｇ ｔ ｌ ｃ ｆｓ ａ ｅ ｔａ ｐｏｒ ｔｏ ｓ ｔ ｍ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： Ａ ｕ ｏｎｏ ｏｕｓｎ ｖｉ ａ ｉ ｙＷ ｒ ｔ ｍ ａ ｇ ｔｏｎ； ａ ｅ ｏ ；Ｅａ ｔ ｅ ｏｒ Ｓｔ ｒｓ ｎｓ ｒ ｒｈ ｓ ｎｓ ；Ｓｐａ ｅ ｖ ｈｉ ｌ ｃ ｅ ｃｅ
摘要 ： 空间飞行 器长 时间在轨 飞行 将 引起 其惯 性导航 系统 的漂移 ， 因此 需要 采用 自主导航 、地 面测控 等方法 进行修
正。在对 现有 的航 天 器 自主导航 方 法研 究 的基 础上 ，选用技 术较成 熟基 于状 态模 型的星敏 感 器 ＋地球敏 感 器模 式 的 自主
导航 系统 。并 对 自主导航 系统 的构成 、模型 的建立 、以及 滤波算 法的选择 等 问题 进行 了研 究 。最后分析 了星敏 感 器的采 样 周期 、采样弧 长、敏感 器精度 对 自主 导航 系统精度 的影响 。 自主导航 系统 对于拓展 航 天运 输 系统在 空间领域 的应用 、 提升 航天运输 系统 的地位和作 用有 重大意 义。 关键 词： 自主 导航 ； 星敏 感 器；地球敏 感器； 空间飞行 器
１ 自主导航系统介绍
飞行 器 自主 导航 是指 不 依赖外 界 支持 而在 航 天器
莎 （９ ８） １ ８ 一 ，女 ，硕 士研究 生 ，主要研 究 方向为 导航 、制 导与控 制
第４ 期
宓 等 于 星 球 感 空 飞 器自 导 系 莎 基 恒 地 敏 器的 间 行 主 航 统
中 图 分 类 号 ： Ｔ ７ ５２ Ｊ６ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｓ ｃ ｅ ｉ ｌ ｔ ｎｏ ｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓ ｅ ｓ ｄ ｏ ｐａ ｅＶ ｈ ｃ ｅ Ａｕ ｏ ｍ ｕｓＮ ｖ ｇ ｔｏ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｆｉ ｅ ａ ｎ ｒ ｈ Ｓ ｎ ｏ ｘ ｄ Ｓｔ ｒａ ｄ Ｅａ ｔ ｅ ｓ ｒ
２ 基 于 状 态模 型 的 星 敏 感 器 ＋地 球 敏 感 器 模 式 的 自主导 航 系统 Ｌ ３ Ｊ
天 文 导航 是 利用 光 学 敏感 器 测得 的天 体 （ 球 、 月 地 球 、太 阳 、其 他行 星 和 恒星 ）信 息进 行 载体 位 置 计 算 的 一种 定位 导 航方 法 。它 以宇 宙 中具 有精 确 空 间位
等环 境 因素 的影 响较 大 。
包 括两个 星 敏感 器和 一 个地球 敏 感器 。
图 １ 自主导 航 系统 空 间 图
ｂ 空 间六 分仪 是 美 国空 军发 展 的一个 自主 导 航系 ） 统 ，能得 到 较高 精度 的飞行器 位 置 （ 为 ２ ０ｍ）和姿 约 ５