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航天探测器中的自导航技术《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:41:29 阅读: 来源:刻线机厂家

2016-10-01 21:14:23来源: 贤集网

自主导航与控制系统是实现深空探测器自主管理的重要组成部分。其主要功能是实现在没有地面站测量的情况下,利用星上敏感器获取的信息,自主确定探测器的姿态和位置,为深空探测器自主运行提供参考基准,并自主给出控制指令,完成探测器空间状态的改变。由于无线电通讯传输的限制,深空探测任务要求航天器具有自主位置和姿态确定与控制能力。

自主导航与控制技术的研究重点包括:

(1)导航信息获取与目标特征识别。对于深空探测来说,导航往往缺乏丰富的信息源,只能利用空间中的自然信标来获取导航信息,主要途径是利用导航敏感器获取深空天体目标(例如小行星、卫星等)的光学信息进行导航。而深空中许多天体属于暗弱目标。

因此需要相机长时间曝光,获得可用导航图像,但平台的运动和姿态指向控制的精度问题会造成图像的模糊和拖影,给图像处理和目标识别带来了困难。因此为了能够为自主导航系统提供可用的信息,快速确定深空探测器的位置和速度,需对目标特征提取方法、序列图像处理方法、背景星剔除与目标星识别技术等进行深入研究。

(2)多源信息融合与轨道快速自主估计。深空自主导航最主要的功能是通过获取的多源导航信息,快速确定深空探测器当前时刻的空间状态,并给出下一周期内探测器的轨道。目前工程上应用最多的导航滤波器是扩展卡尔曼滤波器,它通过对非线性动力学方程和观测方程进行线性化,利用卡尔曼最优估计理论进行状态估计。

虽然其运算量较小,易于工程实现,但线性化过程会引入截断误差,精度与稳定性较低。因此对于深空探测器而言,考虑动力学系统非线性特性的前提下,寻找合适的多源信息融合与快速估计方法,以提高探测器状态的估计精度,尽量降低算法运算负担,保证自主导航与控制系统实时性与快速性,是该方向的一项主要研究内容。

(3)深空轨道快速规划与自主机动执行。深空探测器轨道快速规划与自主机动是指在不依赖地面的情况下,根据导航系统获得的航天器位置和姿态信息,在轨完成多约束条件下未来某段时间内飞行任务轨道的规划,并设计机动实施策略,以提高探测器的应急能力,减少探测器对地面的依赖。星上计算资源有限,利用优化算法进行轨道规划难以在轨实现。

因此通过对优化轨迹的特点进行分析,寻找快速求解生成可行的规划轨迹是自主导航与控制中必须解决的关键问题。如何充分考虑深空探测器动力学以及各种约束,快速实现终端状态的解耦,生成可行的、易跟踪的探测任务轨道,是解决深空探测自主轨道控制的关键技术。

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