基于知识的宇航员月面导航技术研究

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1、硕士学位论文基于知识的宇航员月面导航技术研究RESEARCHONNAVIGATIONTECHNOLOGYOFASTRONAUTONMOONSURFACEBASEDONTHEKNOWLEDGE李超哈尔滨工业大学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：公开工学硕士学位论文基于知识的宇航员月面导航技术研究硕士研究生：李超导师：张世杰教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：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.D.C:629.

2、78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONNAVIGATIONTECHNOLOGYOFASTRONAUTONMOONSURFACEBASEDONTHEKNOWLEDGECandidate：LIChaoSupervisor：Prof.ZHANGShijieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceScienceandTechnologyAffiliation：ResearchCenterofSatelliteTec

3、h.DateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要宇航员在月球表面执行舱外非机动任务时，离不开导航定位技术的支持。和地球表面环境相比，宇航员面临的月球环境更加严峻，微重力和缺乏参照物等因素很容易引起宇航员的空间定向障碍，从而使得宇航员无法自己准确有效地判断自身空间方位，因此需要研制可靠的宇航员导航系统。本文选取惯性器件为主要传感器，研究了一种可穿戴式的宇航员月面导航系统。本文首先分析了月球表面的环境特点，在此基础上确定

4、了以惯性导航技术为主要的导航方式，进一步推导了月面环境下的惯性导航模型，并根据宇航员执行舱外非机动任务的特点，对导航模型进行了简化。由于惯性器件漂移误差的存在，单独的惯性导航误差累积很快，因此需要研究有效的误差校正方法。考虑到月球表面的环境约束，本文将宇航员的先验知识与导航系统相结合，通过分析宇航员月面行走的步态规律，利用宇航员足部与月球表面接触时存在静止时间段这一先验知识，当检测出静态区间后，采用零速修正算法对惯性导航的误差发散进行抑制与修正。同时，为了解决导航系统航向角误差发散的问题，分析宇航员月面行走时的行为特征，进一步引入更多导航知识。首先，为了节约能量和

5、在最短时间内接近目标，在路况允许的条件下宇航员具有直线行走的倾向。同时，宇航员不可能一直处于运动状态，出于定点采样等任务需求，在宇航员行走过程中会出现的短暂的原地停留。本文将这些先验知识同导航系统相结合，进一步约束了宇航员月面导航系统的航向角误差发散，提升导航系统的性能和精度，最后，通过多次行走实验对相关算法进行了测试。关键词：宇航员月面导航；惯性导航；静态区间检测；零速修正；航向角误差修正-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWhentheastronautisgoingtoperformtheextravehicularactivities(EV

6、A)onthelunarsurface,obviously,areliableandaccuratenavigationsystemisneeded.Sincetheenvironmentofthelunarsurfaceismuchdifferentfromtheearth'ssurface,theastronautmayeasilygetspatialorientationforthemicrogravity,theabsenceofthevisualreferenceandothercauses.Underthesecircumstances,theastr

7、onautmayhaveawrongjudgementofthepositionandorientation,anditisnecessarytoprovidetheastronautwithanassistantnavigationdevicesinordertolocatethemselvesaccuratelyonthelunarsurface.Underthesecircumstances,thispaperstudiesawearableastronautlunarsurfacelocatingsystem,whichselectstheinertial

8、compo