基于天体目标的航天器智能天文导航方法

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1、硕士学位论文基于天体目标的航天器智能天文导航方法INTELLIGENTASTRONOMYNAVIGATIONMETHODFORSPACECRAFTBASEDONCELESTIALBODY吴在刚哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文基于天体目标的航天器智能天文导航方法硕士研究生：吴在刚导师：张世杰教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.

2、D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINTELLIGENTASTRONOMYNAVIGATIONMETHODFORSPACECRAFTBASEDONCELESTIALBODYCandidate：WUZaigangSupervisor：Prof.ZHANGShijieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：ResearchCenterofSat

3、elliteTech.DateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要自主导航技术对于航天器在深空探测、载人登月等领域的应用具有不可或缺的地位。在减少地面测控站的负担，提高航天器的自主生存能力，扩展航天器的任务潜力方面至关重要。目前的自主导航方式主要以提取自然天体信号的方式进行导航，然而空间环境复杂多样，可用的天体导航信息种类繁多，变化不定，且不能保证稳定获取。因此急需提高航天器在复杂环境下的导航信

4、息的自主获取、处理能力。对于这些问题，本文以天体观测为导航信息源的自主导航方法主要研究对象，以提高航天器对导航信息的提取、处理能力，实现更高程度的导航自主性为目的，采用了与或图分析法、本体论、语义Web技术、贝叶斯网络、因子图等方法，设计了导航过程中的知识表示、知识推理、不确定性推理和因子图融合等计算方法，主要内容包括以下几个部分。针对天体导航信息源随机、异构，处理复杂的问题，提出利用知识本体技术对信息处理流程进行推理决策。先分析导航信息提取计算的决策流程，利用与或图进行归约，提出信息节点和方法节点的推理步骤划分。然后利用本体技术进行天文导航

5、领域的知识本体构建，并采用OWL本体描述语言，建立天体导航知识的本体库。传统导航方法仅能给出位置和误差，无法给出结果的可信度等不确定性信息。为了计算导航结果的可信度，将建立的本体语义网络转化为贝叶斯概率网络。利用PR-OWL语言，构建了用于概率分析的多实体贝叶斯网络。从每个导航信息源的初始置信概率出发，经过贝叶斯递推，可得出最终导航结果的可信度。为了有效利用建立的贝叶斯网对随机、异构的多源导航信息进行融合，采用因子图技术对最终的导航状态进行全局最优解算。先分析各个信息源，建立这些信息的导航因子节点。因子图的构造灵活，导航信号可即插即用，随时增

6、减导航信息源，在贝叶斯网的基础上，提取关键节点转化为因子图。采用增量平滑算法，可对所有状态量进行全局最优的求解。最后为了对本文提出的基于知识的天文导航方法进行验证，设计了基于地/月天体知识的导航方法。先模拟航天器在探月轨道中，传感器可接收到的地/月天体信息。利用本文的导航方法对这些信息进行处理、融合。实验结果表明，本文提出的导航方法具备对导航信息可信度计算的能力，且在相同的信息源前提下，导航计算结果相比传统的卡尔曼滤波融合算法较为优。关键词：天文导航；信息融合；本体语义网络；贝叶斯网；因子图I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAu

7、tonomousnavigationtechnologyplaysanindispensableroleintheapplicationofspacecraftindeepspaceexplorationandmannedlanding.Itiscrucialtoreducetheburdenonground-basedmonitoringandcontrolstations,improvetheautonomoussurvivalcapabilityofspacecraft,andexpandthemissionpotentialofspa

8、cecraft.Thecurrentautonomousnavigationmethodmainlyusesthemethodofextractingnatural