火星探測(cè)是深空探測(cè)的重要組成部分,高精度的自主導(dǎo)航技術(shù)是保證未來火星探測(cè)任務(wù)成功實(shí)施的必要條件。伴隨著我國(guó)2020火星探測(cè)任務(wù)以及后續(xù)深空任務(wù)的立項(xiàng),發(fā)展高精度的深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)科研工作者的必然使命。本文以我國(guó)2020火星探測(cè)項(xiàng)目為工程背景,分別對(duì)巡航段、環(huán)繞段和進(jìn)入段的高精度自主組合導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了研究分析。首先,基于天體簡(jiǎn)化幾何模型、天體亮度梯度模型和天體紋理模型,模擬生成了巡航末段的系列火星光學(xué)圖像,再使用圖像處理算法提取出光學(xué)測(cè)量信息,用于后續(xù)的導(dǎo)航算法輸入。然后,提出了基于火星/太陽/X脈沖星測(cè)量的巡航段自主組合導(dǎo)航方法,構(gòu)建了巡航段的軌道動(dòng)力學(xué)模型和導(dǎo)航測(cè)量模型。針對(duì)不同測(cè)量模型下的導(dǎo)航系統(tǒng),先利用PWCS系統(tǒng)可觀性分析方法分析系統(tǒng)的可觀度,再利用非線性濾波技術(shù)設(shè)計(jì)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn),得到了可觀度和導(dǎo)航精度之間的對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果,為導(dǎo)航測(cè)量模型的快速選取與導(dǎo)航系統(tǒng)的快速構(gòu)建提供了理論參考。接著,提出了基于光學(xué)/無線電/X脈沖星測(cè)量的環(huán)繞段自主組合導(dǎo)航方法,構(gòu)建了環(huán)繞段的軌道動(dòng)力學(xué)模型和導(dǎo)航測(cè)量模型,分析了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可觀性。使用自適應(yīng)的擴(kuò)展卡爾曼濾波壓制未知量級(jí)的過程噪聲...

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景和意義
    1.2 深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 深空探測(cè)自主導(dǎo)航方法
        1.2.2 深空探測(cè)光學(xué)導(dǎo)航信息提取方法
        1.2.3 深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)可觀性分析方法
        1.2.4 深空探測(cè)自主導(dǎo)航濾波算法
    1.3 本文的研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排
第二章 火星光學(xué)圖像模擬生成與導(dǎo)航信息提取方法
    2.1 引言
    2.2 火星光學(xué)圖像模擬生成方法
        2.2.1 天體簡(jiǎn)化幾何模型
        2.2.2 天體亮度梯度模型
        2.2.3 天體紋理模型
        2.2.4 光學(xué)圖像模擬生成步驟
    2.3 天體輪廓的檢測(cè)方法
        2.3.1 邊緣檢測(cè)算法
        2.3.2 偽邊緣剔除
    2.4 天體輪廓擬合與導(dǎo)航信息提取方法
    2.5 仿真驗(yàn)證分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于火星/太陽/X脈沖星測(cè)量的巡航段自主組合導(dǎo)航方法
    3.1 引言
    3.2 組合導(dǎo)航方案
    3.3 動(dòng)力學(xué)模型
    3.4 導(dǎo)航測(cè)量模型
        3.4.1 太陽方向矢量測(cè)量模型
        3.4.2 火星視線矢量測(cè)量模型
        3.4.3 X脈沖星測(cè)量模型
    3.5 可觀性分析
        3.5.1 PWCS系統(tǒng)可觀性分析理論
        3.5.2 組合導(dǎo)航系統(tǒng)可觀性分析
    3.6 非線性濾波技術(shù)
        3.6.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)
        3.6.2 無跡卡爾曼濾波(UKF)
    3.7 仿真實(shí)驗(yàn)分析
        3.7.1 基于火星測(cè)量的自主導(dǎo)航方法
        3.7.2 基于火星/太陽測(cè)量的自主組合導(dǎo)航方法
        3.7.3 基于火星/太陽/X脈沖星測(cè)量的自主組合導(dǎo)航方法
    3.8 本章小結(jié)
第四章 基于光學(xué)/無線電/X脈沖星測(cè)量的環(huán)繞段自主組合導(dǎo)航方法
    4.1 引言
    4.2 組合導(dǎo)航方案
    4.3 動(dòng)力學(xué)模型
    4.4 導(dǎo)航測(cè)量模型
        4.4.1 光學(xué)測(cè)量模型
        4.4.2 無線電測(cè)量模型
    4.5 可觀性分析
    4.6 自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波(AEKF)
    4.7 仿真實(shí)驗(yàn)分析
        4.6.1 傳統(tǒng)的光學(xué)自主導(dǎo)航方法
        4.6.2 光學(xué)/無線電自主組合導(dǎo)航方法
        4.6.3 光學(xué)/無線電/X脈沖星自主組合導(dǎo)航方法
    4.8 本章小結(jié)
第五章 基于IMU/FADS測(cè)量的進(jìn)入段自主組合導(dǎo)航方法
    5.1 引言
    5.2 組合導(dǎo)航方案
    5.3 動(dòng)力學(xué)模型
    5.4 導(dǎo)航測(cè)量模型
        5.4.1 IMU測(cè)量模型
        5.4.2 FADS測(cè)量模型
    5.5 系統(tǒng)模型
        5.5.1 采用IMU輸出構(gòu)造系統(tǒng)模型
        5.5.2 采用動(dòng)力學(xué)模型為系統(tǒng)模型
    5.6 可觀性分析
    5.7 仿真實(shí)驗(yàn)分析
        5.7.1 傳統(tǒng)的航位遞推導(dǎo)航方法
        5.7.2 基于IMU濾波的導(dǎo)航方法
        5.7.3 傳統(tǒng)航位遞推+FADS的自主組合導(dǎo)航方法
        5.7.4 基于IMU濾波+FADS的自主組合導(dǎo)航方法
    5.8 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文完成的主要研究工作
    6.2 有待進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問題
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
附錄A 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換關(guān)系



本文編號(hào)：3737974