基于恒星地球敏感器的空间飞行器自主导航系统

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1、2011年第4期导弹与航天运载技术No．42011总第314期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo．314文章编号：1004-7182(2011)04-0008-05基于恒星地球敏感器的空间飞行器自主导航系统宓莎1，杜红棉1马铁华1，王俊峰2(1．中北大学，太原，030051；2．中国运载火箭技术研究院，北京，100076)摘要：空间飞行器长时间在轨飞行将引起其惯性导航系统的漂移，因此需要采用自主导航、地面测控等方法进行修正。在对现有的航天器自主导航方法研究的基础上，选用技术较成熟

2、基于状态模型的星敏感器+地球敏感器模式的自主导航系统．并对自主导航系统的构成、模型的建立、以及滤波算法的选择等问题进行了研究。最后分析了星敏感器的采样周期、采样弧长、敏感器精度对自主导航系统精度的影响。自主导航系统对于拓展航天运输系统在空间领域的应用、提升航天运输系统的地位和作用有重大意义．关键词：自主导航；星敏感器；地球敏感器；空间飞行器中图分类号：TJ765．2文献标识码：ASpaceVehicleAutonomousNavigationSystemBasedonFixedStarandEarthS

3、ensorMiShal，DuHongmianl，MaTiehual，WangJunfen92(1．NorthUniversityofChina，Taiyuan，030051；2．ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnlogy，Beijing，100076)Abstract：SpacevehiclesflyingontheorbitforalongtimewillleadtodriftsofInertialNavigationSystem(rNS)，thusemployingme

4、thodssuchasautonomousnavigation，groundmeasurementandcontrolisneededtocorrecterror．Basedonthestudyofspacecraftautonomousnavigation，thispaperchoosesautonomousnavigationmodelsystemofstarsensorcombiningearthsensor,whichisrelativelymatureinthisarea．Meanwhile，

5、thispaperdiscussesautonomousnavigationsystemcomposition,modelbuilding，filteralgorithmoptionandSOon．Finally,thispapergivesdetailedanalysisontheinfluenceofdifferentsamplingperiod，samplingarc：length，sensoraccuracyofstarsensorandchoosingstarschemeontlleauton

6、omousnavigationsystemaccuracy．Autonomousnavigationsystemwillhaveasignificantimpactonexpandingapplicationofspacetransportationsystemandevaluatingtheplaceofspacetransportationsystem．KeyWords：Autonomousnavigation；Starsensor；Earthsensor；Spacevehicle0引言随着人类进入

7、太空的航天器种类和数量的急剧增多，地面站对航天器进行跟踪、测量和数据处理的负担越来越重。此外在深空探测领域，由于地球和目标星球的自转和公转运动，经常会导致探测器处于地面站无法测控的区域内。因此，为了降低地面支持成本，减少对地面的依赖，需要探测器利用自身携带的测量设备进行自主导航控制。航天器自主导航除了能大大降低地面支持成本外，还有助于提高飞行器的生存能力，即在地面站发生故障或不在测控范围内时，飞行器仍能正常运行。自主导航系统已经成为当前航天领域重要的发展方向，对拓展人类在太空活动领域的应用有重要意义‘1

8、1。l自主导航系统介绍飞行器自主导航是指不依赖外界支持而在航天器收稿日期：2011．04-05；修回日期：2011-05．19基金项目：国防科工局预研项目作者简介：宓莎(1988-)，女，硕士研究生，主要研究方向为导航、制导与控制第4期宓莎等摹于恒星地球敏感器的窄问飞行器自卡导航系统9上实时确定自身的位置和速度的能力，严格意义上来说，只有当航天器是自保持、实时运行、不与外界交换信息、且不依靠地面支持情况下的导航系统才是自主的。常见的自主导航