基于EKF的脉冲星导航在转移轨道的应用-论文.pdf

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1、第22卷第6期电子设计工程2014年3月Vo1．22No．6ElectronicDesignEngineeringMar．2014基于EKF的脉冲星导航在转移轨道的应用钟敏，刘劲，孙永明，曾宪武(武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081)摘要：为提高深空探测器在转移轨道的自主导航能力，提出了一种基于EKF的X射线脉冲星自主导航定位系统。以X射线探测器获得的脉冲到达时间为量测量，以深空探测器轨道动力学模型为状态方程，利用扩展卡尔曼滤波算法进行状态估计。以美国火星探路者任务深空转移段为例进行了仿真实验，仿真结果表明了该方法的可行性与有效性，能够完成深空探测器转移段的自主导航任务

2、。关键词：脉冲星；转移轨道；自主导航；深空探测中图分类号：TN962文献标识码：A文章编号：1674—6236(2014)06—0004—03EKF．basedpulsarnavigationfortransferorbitZHONGMin，LIUJin，SUNYong—ruing，ZENGXian—WU(CollegeofInformationScienceandEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China)Abstract：Inordertoimprovetheautonomousnaviga

3、tionabilityofdeepspaceexplorationfortransferorbit，anEKF—basedX—raypulsarautonomousnavigationpositioningsystemisproposed．Usingthepulsetime-of-arrivalobtainedbyX-raydetectorasthemeasurement，andusingthetransferorbitdynamicmodelforthedeepspaceexplorerasthestateequation，weadopttheextendedKalmanfilter

4、toestimatethesystemstate．TheorbitofAmericanMarsPathfinderisadoptedtovalidatethenavigationmethod．Thesimulationresultsdemonstratethefeasibilityandeffectivenessoftheproposednavigationmethod，itcansolveautonomousnavigationofdeepspaceexplorationfortransferorbit．Keywords：pulsar；transferorbit；autonomous

5、navigation；deepspaceexploration目前。深空探测器一般利用地面站的支持进行导航【l1。该测器提供高精度的位置信息，适用于整个太空；3)它不易受导航方式无法满足高精度．实时性的要求。深空探测器自主到敌方干扰；4)它的导航定位精度较高，并且与时间无关。导航技术[21无需地面站支持，便可实现深空探测器的导航。近鉴于X射线脉冲星导航具有以上优点，目前．不少国家些年来．国外已经提出或研发了不少深空探测器自主导航系开始制定关于X射线脉冲星导航的研究计划。2004年初，美统，包括：全球定位系统l引、地磁导航系统[41、天文导航系统圈以国国防部国防预先研究项目局提出了“基于

6、X射线源的自主及X射线脉冲星导航系统等。全球定位系统、地磁导航系统、导航定位验证”计划。同年，欧洲空间局也开展了X射线脉冲天文导航系统这些导航系统只能在地球附近提供导航信息，星导航可行性的论证工作f8]。无法为深空探测器提供高精度导航信息阿。我国的航天事业发展十分迅速，探月工程开展得如火如X射线脉冲星自主导航是利用脉冲星的辐射信号进行荼。下一步拟开展火星探测计划。但是，航天器自主导航能力深空探测器自主导航。脉冲星[71是一种高速自转的磁中子星。是制约我国开展火星探测的一个瓶颈。因此，实现X射线脉它对外不断辐射出唯一的、及其稳定的、具有可预见性的脉冲星导航对我国航天事业具有重要意义。冲信

7、号。脉冲星可在射电、红外、可见光、紫外、X射线和射本文拟利用扩展Kalman滤波器(ExtendedKalmanFilter，线等波段进行信号辐射。能够辐射X射线的脉冲星被称之为EKF)作为导航滤波器，以火星探测任务为研究背景，研究一X射线脉冲星。由于X射线波段集中了X射线脉冲星的绝大种基于EKF的x射线脉冲星导航系统。部分辐射能量，易于实现探测设备小型化。因此，利用x射线1数学模型脉冲星进行深空探测器自主导航是可行的。X射线脉冲星导航的优点如