非线性滤波算法与其在深空探测中的应用

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的

2、全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要为了人类可持续发展的需要，深空探测成为了航天活动的主要研究内容。火星上水源的出现，给人们寻找火星生命带来了希望，所以火星探测成为深空探测的主要研究内容，而导航方法和导航滤波算法是火星探测的两个主要研究内容。在深空探测导航中，传统的导航方法都有自己的适用范围，这些方法或没有自主性、需要地面支持、或者需要航天轨道动力学。红移导航利用太阳天体作为信息源和光源，航天器

3、在惯性坐标系下的飞行速度由实时光谱红移测量得到，进行航天器自主导航。导航滤波方法能够弥补硬件中存在的一些问题，使得导航性能得以改进。传统的粒子滤波在实时性方面很差，所以本文提出一种改进的单形粒子滤波算法，在计算负担上是一种不错的选择。本论文主要对导航系统与导航滤波方法的选取进行研究。首先，考虑到深空环境中的光信号是长期自然稳定存在的，并且很容易被探测器检测到。本文利用太阳天体作为信息源和光源，运用太阳系中的导航天体光谱红移量获取指向导航天体的径向速度作为观测量，然后根据此原理建立红移导航系统模型。然后，考虑到导航滤波算法的精度

4、和实时性。提出了改进的单形无迹粒子滤波(SMSSUPF)算法，首先在典型非线性方程中验证其性能。单形无味粒子滤波通过减少sigma采样点进而降低了计算负担，同时引入参数,,控制采样点到中心点的距离，克服了sigma点集分布扩张，调节这些参数解决了非局部效应问题。尤其当量测模型噪声协方差或者状态噪声协方差改变时，改进的单形粒子滤波(SMSSUPF)的精度在本文的仿真中得到很大提高。最后，将提出的另一种改进单形无迹粒子滤波算法(SSSUPF)应用于红移导航系统中，并用计算机进行模拟仿真，仿真结果表明：相比于传统的无味粒子滤(

5、UPF)，计算负担降低了31%；而且改进的粒子滤波的精度、连续性、可靠性与之相当。关键词：深空探测，红移导航，变尺度变换，单形粒子滤波IABSTRACTABSTRACTInordertomeettheprogressofhumanity,deepspaceexplorationhasbecomethemainresearchcontentsofaerospaceactivities.BecausethewateronMars,itbringshopetoMarsthequestforlife,soMarsexploration

6、becomesthemainresearchcontentsofdeepspaceexploration,thenavigationmethodsandnavigationfilteringmethodsarethemainresearchcontentsofMarsexploration.Inthedeepspacenavigation,thetraditionalnavigationmethodshavetheirownscopeofapplication,thesemethodshavenoautonomyorneedg

7、roundsupportorneedspaceorbitaldynamics.Theredshiftnavigationsystemonlyusessolarsystemobjectsastheinformationandlightsource,intheinertialcoordinatesystem,theflyingvelocityofthespacecraftisgainedbytherealtimemeasurementoftheredshift.thefilteringcanmakeupsomeproblemsin

8、thehardwaretoimprovethenavigationperformance.Conventionalunscentedparticlefilterforreal-timeperformanceisverypoor,sothispaperhasproposedim