月球车的惯性/天文组合导航新方法

我国月球探测二期工程将进行月面巡视探测任务,而月球车的导航和控制是任务完成的重要保障。月球车实现自主导航可以弥补地面测控的局限性,是目前亟待解决的关键技术。惯性导航和天文导航都是适用于月球车的自主导航方法,但惯性导航误差随时间积累,天文导航短时精度较低。为此,提出一种月球车自主惯性/天文组合导航新方法,通过天文导航不断对惯性导航进行校正,提高了导航的精度和可靠性。仿真结果表明,该惯性/天文组合导航方法的位置精度在25 m以内,可满足月球车长时间、长距离的高精度导航要求。

机载惯性/天文组合导航技术综述

分析了惯性/天文组合导航的基本原理。针对航空机载应用平台,介绍了国内外天文导航设备和惯性/天文组合导航系统的研究现状,分析了我国在该领域的技术差距,探讨了未来机载惯性/天文组合导航技术的发展方向。

惯性/天文组合导航中的时空坐标转换及其误差分析

针对惯性/天文组合导航中将天文传感器测量信息从天球坐标系到地球坐标系转换的问题,研究了其转换过程中涉及到的时间系统和坐标转换关系,前者包括世界时、地球时、太阳系质心力学时、原子时和协调世界时等时间概念,后者包括岁差、章动、视恒星时和极移等旋转变换。对坐标转换过程中小于0.1″的因素进行了忽略和近似简化,误差分析表明,除地球自转角的计算需要比较精确的UT1时间外,其他天文参数计算中的时间输入均可直接使用UTC时间代替。仿真结果显示,所提简化算法的转换精度达到了0.2″,满足角秒级的天文传感器测姿精度需求。

高超声速飞行器惯性/天文鲁棒组合导航方法

对于高超声速飞行器而言,惯性/天文组合导航的应用将面临异常值干扰和噪声特性变化等问题,需要控制天文量测中异常值扰动的影响,从而提高对于可靠量测信息的利用效率。为此,研究了一种基于平衡因子的组合导航方法,采用鲁棒滤波方法进行惯性/天文组合导航系统的量测更新,将自适应滤波技术引入鲁棒滤波中,考虑到天文量测信息不同的噪声特性和水平,将自适应因子分解为姿态自适应因子和位置自适应因子,以平衡状态预测信息和天文测量信息的贡献。仿真结果表明,该方法可以显著提高高动态环境影响下的组合导航性能。

基于最优REQUEST/CKF组合的航天器姿态确定

针对航天器姿态确定的高精度要求,提出一种基于最优递推四元数估计/容积卡尔曼滤波(REQUEST/CKF)的姿态估计器。该方法将最优递归四元数估计(REQUEST)方法和容积卡尔曼滤波(CKF)结合起来,用最优REQUEST方法确定的姿态四元数直接作为CKF滤波器的观测量,由CKF滤波估计陀螺漂移来补偿系统模型误差,从而提高了姿态确定的精度和收敛速度。仿真结果说明了方法的有效性。

天文导航技术的应用和发展

本文结合天文导航技术的特点，介绍了天文导航在航海、航天和航空领域的应用，重点针对天文导航不同的应用领域，探讨了舰船天文导航、航天器天文导航和惯性／天文组合导航技术在未来的发展趋势。