基于zupt的宇航员月面导航定位方法研究

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1、单位代码１０４７５学号１０４７５３１２０７８７、Ｖ４４８．分类号．２續為乂音祇±学位论文基于ＺＵＰＴ的宇航员月面导航定位方法研究々ｉ学科、专业：计算机系统结构研究方向；懷性导航应用申请学位类别：理学硕±申请人；孙逊指导教师；郭控危教授二〇－五年五月关于学位论文独创声明和学术诚信承诺本人向河南大学提出硕壬学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导＾加＊六说明。据我所知、巧的指导下独立完成的，除文中特别，对所研究的课题有新的见解也不包括其标注和致谢的地方外，，论

2、文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果一工化人为获得任何教育、科研机拘的学位或证书而使用过的材料。与我同作的同事对本研究所做的任倚贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺自负。：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪巧为，文责学位申请人（学位论文作者）签名：备Ｋ知＿＿２０１户年＾月八日关于学位论文著作巧使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕壬学位。作为学位论文的雌者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息（纸）似机构质文本和电子文本供公众检

3、、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文人授权河流目的可学术交等，。大学出宣扬、展览校发展和进行学术、查本南于学索阅和）纸电子文本。心（质文本乂采取、缩描和拷贝等复制段保存、汇编学位论文印、担手影印后适）及保书内的学位论文在解密用本授权（涉密容）位作者签名：获得者（学位论文学０王日２矿年月种心论文指教签名：学位导师＞００１２ｊＱ日年ｉTHERESEARCHFORASTRONAUTNAVIGATIONONLUNARSURFACEBASEDONZUPTADissertationSubmittedtotheGradu

4、ateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceBySunXunSupervisor:Prof.GuoZhengweiMay,2015摘要随着我国航天运载技术取得了举世瞩目的成就，现在已接近世界先进水平。中国登月，将标志着我们的活动范围扩展到了宇宙空间。登月宇航员在月面的导航定位是国际深空探测领域技术的前沿课题。在载人登月任务中，宇航员导航定位系统是保证宇航员安全、高效地完成任务的关键所在。

5、准确的位置信息可以帮助宇航员更加快速地找到科学目标，并安全回到返回舱直至返回地球。月球表面的环境限制了一些在地球上常用的定位服务（例如全球定位系统GlobalPositioningSystem，简称GPS）及传感器设备（例如磁力计）的使用。同时由于缺乏熟悉的参照物，人眼视觉很难辨别距离和大小，所以在空间上很容易迷失方向。因此，宇航员月面导航定位系统要比地球的行人导航困难的多。本论文借鉴地球的行人导航定位，在月面宇航员导航定位中采用惯性测量元件（InertialMeasurementUnit，简称IMU）。IMU具有全天候、不受外界影响、数据更新快

6、，短时间内定位结果稳定等优点，因此适用于在行星表面上等无GPS信号环境下进行导航定位。通过IMU获得的测量数据，可以输出高频率的位置和姿态信息。实际上这种推算方法随着时间的积累存在严重的漂移，不能直接用于导航定位应用中。在导航领域，零速修正(ZeroVelocityUpdate，简称ZUPT)是一种常见的通过约束行走或开车时的瞬时零速度来抑制惯性传感器误差累积的方法。应用于行人导航时，检测脚着地的时刻并将此时运动速度置为0，通过输入该观测量至导航解算中，从而实现对IMU定位误差的抑制，提高定位解算稳健性与精度在本研究中，我们通过实验评估了采用ZU

7、PT算法的宇航员导航定位，在不同运动模式下的精度，以及在探讨了ZUPT算法在长时间下导航的可行性。实验中我们将一个低精度的IMU安装在脚背上。经过初始对准后，通过自动检测运动状态下的零速度状态，并将此时的速度置为0，经过滤波器的反馈补偿，最终校正了漂移误差。实验是在不同硬度的陆地以及模拟微重力环境的水下，采用不同运动模式，如行走、跳跃，沿着不同的路径完成的。通过在模拟月面地形及微重力环境的实验，对多种运动模式下ZUPT定位方法的有效性与精度进行了评价。实验结果表明该方法适用于月面环境中宇航员各类运动状态下的导航定位，在硬地和沙地等环境中的定位精度

8、均优于2.3%，水下模拟微重力环境中的定位精度优于3.1%。II关键词：宇航员导航，零速修正，卡尔曼滤波IIIABSTRACTWitht