基于X射线脉冲星的航天器自主导航滤波算法研究

发布时间：2017-11-09 12:09

  本文关键词：基于X射线脉冲星的航天器自主导航滤波算法研究

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【摘要】：X射线脉冲星导航是以X射线脉冲星作为导航信号源的天文导航方法,其可高精度地为航天器提供在时空参考坐标系下的位置、速度等导航参数,具有可靠性强、精度高、自主性强等特点,是航天器,尤其是深空探测航天器自主导航领域重要的发展方向和研究热点。本文主要以提高航天器的自主导航精度为目标,以脉冲星导航为背景,对自主导航滤波算法展开研究。首先,研究了与脉冲星导航相关的模型。阐述了导航系统的时空模型;介绍了脉冲星的相位时间模型;建立了脉冲星的脉冲传播模型;研究了脉冲星导航系统的轨道动力学模型和观测模型,为本文自主导航滤波算法的仿真研究奠定了基础。为了减少系统模型误差对航天器自主导航精度的影响,提出了基于非线性预测滤波(Nonlinear Predictive Filter,NPF)的脉冲星导航滤波算法,该算法可对系统轨道动力学模型中存在的系统模型误差进行实时估计,修正导航系统模型。仿真结果表明,基于NPF的导航滤波算法比基于EKF(Extended Kalman Filter)和UKF(Unscented Kalman Filter)的导航滤波算法自主导航精度更高。为了降低脉冲星方向误差对航天器自主导航精度的影响,提出了基于ASUKF(Augmented State Unscented Kalman Filter)和在线选星的脉冲星导航滤波算法,该算法一方面可有效减小甚至消除脉冲星方向误差对航天器自主导航精度的影响,另一方面可在线选取最优脉冲星组合,提高自主导航精度。仿真结果表明,基于ASUKF和在线选星的导航滤波算法比基于ASUKF的导航滤波算法自主导航精度更高。最后,研究了脉冲星导航仿真系统。将MATLAB和STK(Satellite Tool Kit)相结合,设计了导航仿真系统的总体实现方案,详细论述了仿真系统关键模块的设计与实现,并对所设计的仿真系统进行了性能测试。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杨廷高;南仁东;金乘进;甘恒谦;;脉冲星自主导航概述[A];2005年全国时间频率学术交流会文集[C];2005年

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本文编号：1161796