控制导航研究专业硕士论文：行星际间飞行的自

　　控制导航研究专业硕士论文：行星际间飞行的自主导航方法研究

        目录：　　
　　摘要 4-5
　　Abstract 5
　　第1章绪论 8-14
　　1.1课题研究的目的与意义 8-9
　　1.2自主导航方法的研究现状 9-12
　　1.2.1主要自主导航方法及其比较 9-10
　　1.2.2行星际间飞行的自主天文导航的研究现状 10-12
　　1.3本论文的主要研究内容 12-14
　　第2章行星际间飞行的自主导航的数学模型 14-23
　　2.1引言 14
　　2.2行星际间飞行的轨道动力学模型 14-19
　　2.2.1参考坐标系的定义 14-15
　　2.2.2轨道摄动因素的概述 15-16
　　2.2.3太阳引力和其它天体的引力摄动 16-17
　　2.2.4太阳光压摄动 17-18
　　2.2.5完整的轨道动力学方程 18-19
　　2.3行星际间飞行的自主导航的观测模型 19-22
　　2.3.1自主导航的光学敏感器 19-20
　　2.3.2自主导航的观测类型 20-21
　　2.3.3基于角度信息的观测方法 21-22
　　2.4本章小结 22-23
　　第3章基于卡尔曼滤波的自主导航的估计方法 23-33
　　3.1引言 23
　　3.2卡尔曼滤波的基础理论 23-25
　　3.3扩展卡尔曼滤波 25-27
　　3.3.1非线性卡尔曼滤波的线性化 25
　　3.3.2扩展卡尔曼滤波 25-27
　　3.4Unscented卡尔曼滤波及其改进 27-32
　　3.4.1Unscented变换 27-29
　　3.4.2Unscented卡尔曼滤波算法 29-30
　　3.4.3平方根Unscented卡尔曼滤波 30-32
　　3.5本章小结 32-33
　　第4章行星际间飞行的自主导航的方案研究 33-42
　　4.1引言 33
　　4.2自主导航系统的实现方案 33-36
　　4.2.1自主导航系统的状态方程与状态向量 33-35
　　4.2.2基于星光角距的自主导航的量测方程 35-36
　　4.3自主导航系统的可观测性和可观测度 36-39
　　4.3.1可观测性和可观测度的定义 36-38
　　4.3.2可观测性和可观测度的判定方法 38-39
　　4.4纯天文几何解析的自主导航方案 39-41
　　4.5本章小结 41-42
　　第5章自主导航系统数值仿真及分析 42-53
　　5.1引言 42
　　5.2仿真模型的建立 42-44
　　5.3仿真结果及分析 44-51
　　5.3.1行星际间飞行的自主导航方案仿真与评价 44-45
　　5.3.2不同滤波算法的导航精度比较 45-46
　　5.3.3观测对象的选择与可观测性分析 46-48
　　5.3.4航天器的初始误差对系统的影响 48-49
　　5.3.5状态噪声对系统的影响 49-51
　　5.3.6光学设备的精度对系统的影响 51
　　5.4本章小结 51-53
　　结论 53-54
　　参考文献 54-58
　　攻读学位期间发表的学术论文 58-60
　　致谢 60

【摘要】 随着人类对太空探索的深入,航天器的行星际间飞行越来越普遍。对于行星际间飞行的航天器,确定其精确的轨道是非常重要的。目前地面站的导航方式有很多缺陷,迫切需要行星际间飞行的航天器具有自主导航能力。在各种自主导航方法中,自主天文导航具有自主性好、导航精度高等优点,适合作为行星际间飞行的自主导航方法。本论文对行星际间飞行的航天器在转移轨道上的自主导航技术进行研究,主要内容包括:建立了基于多体问题的自主导航系统的轨道动力学模型,模型中考虑了近天体对航天器的引力摄动和太阳光压摄动。研究了自主导航的观测类型,采用观测星光角距的方法构建自主导航系统的观测模型。分析了自主导航系统的非线性滤波算法。针对普遍应用的扩展卡尔曼滤波(EKF)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)方法进行了详细的讨论,并给出了滤波精度高、数值稳定性好的平方根Unscented卡尔曼滤波(SR-UKF)算法作为自主导航方案的估计方法。确定了行星际间飞行的航天器在转移轨道上的自主导航方案,并讨论了系统的可观测性和可观测度。提出了两种简化的自主导航系统的可观测性和可观测度的研究方法。此外,还给出了一种基于几何解析的自主导航方法。对自主导航方案进行了数值仿真,验证了方案的有效性。并用数值仿真的方法,对系统的可观测度与导航精度进行了多方面的分析。

硕士论文 【Abstract】 With the intensive research of space exploration, more spacecrafts have taken on the interplanetary flight missions. It is very important to determine the accurate orbit of spacecraft. At present, the navigation of interplanetary spacecraft mainly depends on the radio communication with ground station which has some disadvantages. So the ability of autonomous navigation is urgent necessity. Among several autonomous navigation methods, the celestial navigation method which is accurate and absolutely autonomous is appropriate for interplanetary spacecraft. This paper research the autonomous celestial navigation technology of interplanetary spacecraft on the transfer orbit. It is mainly described as follows:Orbit dynamical equations of autonomous celestial navigation system based on multi-body problem are established which include the perturbations of other celestial bodies’and solar radiation pressure perturbation. The measurement modes are researched and the measurement model is constructed based on the starlight angular distance.The nonlinear Kalman filter arithmetic is studied in the paper. Extended Kalman filter (EKF) and unscented Kalman filter (UKF) which are widely used are given. The square-root unscented Kalman filter (SR-UKF) which has better accuracy and numerical stability is used for estimating the position and velocity of spacecraft.An autonomous navigation scheme is given and observability is discussed. Two reduced methods are given to analyze the observability and observability index. A locating method with the geometric arithmetic is demonstrated.The availability of autonomous navigation scheme is proved by numerical simulation. The observability and navigation accuracy are deeply researched with simulation.

【关键词】 行星际间飞行； 自主导航； 星光角距； SR-UKF； 可观测性；

【Key words】 interplanetary flight； autonomous navigation； starlight angular distance； SR-UKF； observability；