發(fā)布時(shí)間：2021-06-28 21:49

　　深空探測(cè)是當(dāng)今世界航天活動(dòng)的重要領(lǐng)域之一,是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。深空探測(cè)存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),與近地空間任務(wù)相比,深空探測(cè)具有器地通信時(shí)延大、飛行環(huán)境未知因素多、制動(dòng)捕獲機(jī)會(huì)唯一、器上操作自主性要求高等特點(diǎn)。因此,連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的導(dǎo)航成為了深空探測(cè)任務(wù)實(shí)施過(guò)程中必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文以我國(guó)即將實(shí)施的首次自主火星全球遙感與區(qū)域巡視任務(wù)為工程背景,圍繞近年來(lái)新提出的天文測(cè)速導(dǎo)航方法,從導(dǎo)航原理、系統(tǒng)建模、目標(biāo)源遴選、速度矢量融合、誤差分析、狀態(tài)估計(jì)等方面開(kāi)展系統(tǒng)研究。具體包括以下幾方面:基于光的多普勒效應(yīng),建立天文測(cè)速導(dǎo)航系統(tǒng)觀測(cè)幾何模型,給出不依賴軌道動(dòng)力學(xué)時(shí)的探測(cè)器速度矢量計(jì)算方法;為進(jìn)一步提升導(dǎo)航精度,建立天文測(cè)速自主導(dǎo)航系統(tǒng)軌道動(dòng)力學(xué)模型,分析模型誤差特性及其對(duì)測(cè)速導(dǎo)航系統(tǒng)的影響;基于可觀測(cè)性階數(shù)和可觀測(cè)矩陣條件數(shù)兩種方法,對(duì)天文測(cè)速導(dǎo)航的可觀測(cè)性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)�；谠颇咸煳呐_(tái)新真空太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),建立太陽(yáng)全球性活動(dòng)對(duì)特征譜線頻率影響的模型,分析太陽(yáng)源端不穩(wěn)定性對(duì)測(cè)速導(dǎo)航性能的影響�；诘鼗鈱W(xué)望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù),以視向速度穩(wěn)定性為評(píng)價(jià)指標(biāo),給出7顆視向... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：123 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

光柵光譜儀光路圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-6-圖1-2二維光譜圖Fig.1-22-Dspectrogram光譜儀的主色散元件為階梯光柵，為光譜儀提供高達(dá)(5~15)×104的光譜儀分辨率，橫向色散元件對(duì)系統(tǒng)分辨率沒(méi)有貢獻(xiàn)，它只是將主色散元件在色散方向重疊在一起的光譜在另一方向色散開(kāi)，形成交叉色散的二維光譜。對(duì)譜線所在的像素計(jì)算光強(qiáng)(以光子為單位)，模擬出譜線線型并計(jì)算其偏移量，然后對(duì)所有譜線進(jìn)行加權(quán)計(jì)算后平均得到視向速度。該方法的測(cè)量精度可在較低的信噪比情況下達(dá)1m/s，但它是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積分來(lái)計(jì)算累計(jì)光子數(shù)并消除隨機(jī)誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，積分時(shí)間至少在半小時(shí)以上。(2)傅里葉變換法邁克爾遜干涉儀是典型的基于傅里葉變換的雙光束干涉儀，其頻移監(jiān)測(cè)原理是利用極窄工作譜段內(nèi)的單根譜線，測(cè)量其形成的干涉條紋的相位變化，再轉(zhuǎn)換成速度變化量。根據(jù)邁克爾遜干涉儀的原理，入射光束在分束器的分解面發(fā)生透射與反射，在出射空間發(fā)生干涉，經(jīng)物鏡成像至探測(cè)面。這也限制了入射光的數(shù)值孔徑，使得傅里葉干涉儀光通量大的優(yōu)點(diǎn)無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)。但可以通過(guò)光程差補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)非零光程差的補(bǔ)償，增大視場(chǎng)角。(3)空間外差法空間外差法頻移測(cè)量基于光譜信號(hào)在頻域的移動(dòng)導(dǎo)致空域相移的特性。干涉光譜儀將帶通波段內(nèi)所有頻率的光譜信號(hào)以干涉條紋的形式成像在像面上，若光譜發(fā)生頻移，條紋將向臨近級(jí)次移動(dòng)，通過(guò)條紋相位移動(dòng)可計(jì)算得到頻率的變化[53]�？臻g外差法光譜儀采用衍射光柵進(jìn)行分光，使出射光線之間產(chǎn)生干涉效應(yīng)，并在后端的光學(xué)探測(cè)器上記錄所形成的干涉條紋。采用傅里葉變換對(duì)不同位置干涉條紋進(jìn)行處理后，可以得到入射光源的光譜曲線�；诳臻g外差光法的光譜儀具有較高的光譜分辨率，通常用于光譜分析應(yīng)用中。對(duì)單根或多根譜線進(jìn)行干涉得到干涉

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-10-型特征譜線的致寬效應(yīng)，分析太陽(yáng)與恒星活動(dòng)對(duì)視向速度測(cè)量精度與穩(wěn)定性的影響，建立測(cè)速導(dǎo)航系統(tǒng)量測(cè)誤差的數(shù)學(xué)模型，評(píng)估各類誤差源對(duì)測(cè)速導(dǎo)航系統(tǒng)性能的影響。(3)深空天文測(cè)速導(dǎo)航目標(biāo)遴選與速度矢量融合從導(dǎo)航源幾何分布的角度提出優(yōu)選準(zhǔn)則與方法，研究多星矢量的相關(guān)性與正交性�？疾煸谠炊苏`差一定的情況下，視向速度矢量正交程度對(duì)矢量合成誤差的影響，以及觀測(cè)幾何構(gòu)型一定的情況下，不同源端誤差對(duì)速度矢量合成的影響。建立基于幾何構(gòu)型與目標(biāo)源誤差的統(tǒng)一量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，為不同飛行條件下的測(cè)速導(dǎo)航源選取提供依據(jù)。(4)深空天文測(cè)速導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)分析速度量測(cè)量的引入對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)精度、實(shí)時(shí)性的影響，揭示“速度”量對(duì)完善導(dǎo)航系統(tǒng)信息完備性的物理意義。借鑒可觀測(cè)性等概念，討論導(dǎo)航系統(tǒng)信息完備性問(wèn)題。針對(duì)速度量測(cè)量誤差特性，設(shè)計(jì)有效的導(dǎo)航狀態(tài)估計(jì)濾波算法。(5)測(cè)速導(dǎo)航系統(tǒng)地面半物理仿真基于動(dòng)力學(xué)仿真機(jī)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)搭建深空探測(cè)器動(dòng)力學(xué)仿真環(huán)境，開(kāi)展地面半物理仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)測(cè)速導(dǎo)航精度、算法效率、實(shí)時(shí)性等進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，驗(yàn)證測(cè)速導(dǎo)航方法的有效性及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的正確性。結(jié)合上述研究?jī)?nèi)容，本論文各章節(jié)內(nèi)容安排及聯(lián)系如圖1-3所示。圖1-3論文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排Fig.1-3Contentsandorganizationchartofthisdissertation

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國(guó)深空探測(cè)領(lǐng)域發(fā)展及展望[J]. 葉培建,鄒樂(lè)洋,王大軼,彭兢,張熇.  國(guó)際太空. 2018(10)
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[3]基于X射線脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的到達(dá)時(shí)間估計(jì)[J]. 林晴晴,帥平,黃良偉,張新源,陳紹龍,吳耀軍,貝曉敏,蒙靜,陳強(qiáng),張倩,張恒彬.  中國(guó)空間科學(xué)技術(shù). 2018(01)
[4]基于雙測(cè)量模型的多普勒測(cè)速及其組合導(dǎo)航[J]. 康志偉,徐星滿,劉勁,李娜.  宇航學(xué)報(bào). 2017(09)
[5]光譜紅移/SINS自主組合導(dǎo)航方法[J]. 高朝暉,慕德俊,魏文輝,高社生,張晶.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào). 2017(04)
[6]深空組合導(dǎo)航中天文測(cè)速觀測(cè)研究[J]. 寧宗軍,李東,戴煜.  深空探測(cè)學(xué)報(bào). 2016(03)
[7]基于測(cè)速測(cè)角敏感器的火星探測(cè)器自主導(dǎo)航方法研究[J]. 劉瑞霞,張劍橋.  深空探測(cè)學(xué)報(bào). 2016(03)
[8]火星探測(cè)發(fā)展歷程與未來(lái)展望[J]. 于登云,孫澤洲,孟林智,石東.  深空探測(cè)學(xué)報(bào). 2016(02)
[9]基于小波分析和密度估計(jì)的紅移測(cè)速導(dǎo)航研究[J]. 王永,趙剡,楊奎.  航空兵器. 2014(06)
[10]火星引力捕獲動(dòng)力學(xué)與動(dòng)態(tài)誤差分析[J]. 方寶東,吳美平,張偉.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)

博士論文
[1]基于X射線脈沖星的航天器自主導(dǎo)航方法研究[D]. 劉勁.華中科技大學(xué) 2011
[2]深空自主導(dǎo)航方法研究及在小天體探測(cè)中的應(yīng)用[D]. 常曉華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]測(cè)速測(cè)角組合自主導(dǎo)航性能評(píng)估研究[D]. 唐鵬.電子科技大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3255105