空天飞行器自主天文导航星图匹配技术研究
发布时间：2020-12-13 10:40
空天飞行器多任务工作模式与跨空天飞行环境,对其导航系统提供自主可靠连续导航信息的能力提出了更高的要求。天文导航星图匹配技术是未来空天飞行器实现自主导航的关键技术之一。本文针对空天飞行器飞行特性和自主导航性能需求,分别从基于星构型优选的单视场全天星图匹配算法、跨非连续视场融合的全天星图匹配算法以及基于惯性量测信息辅助的星图匹配算法等方面,围绕空天飞行器自主天文导航中的星图匹配关键技术展开研究。针对现有单视场全天识别算法导航星表恒星筛选数量过多和观测星图选星策略单一,而无法为空天飞行器航天在轨飞行阶段提供可靠恒星位置矢量输出的问题,本文研究了基于星构型优选的单视场星图匹配算法。首先,延续了星表优化匹配算法中分组存储式结构导航星表的特点;其次,分析了星表优化算法中可见星无法对应导航星表存储恒星而造成的不鲁棒匹配问题,提出了基于可见星亮度和几何构型的综合优选策略及基于星构型优选的单视场星图匹配算法。该星图匹配算法相比于星表优化算法,提高了应对干扰星误差的抗差效果,更适应用于空天飞行器在轨飞行中单视场全天识别场景。针对现有多视场融合星图匹配算法较多针对连续视场的星图融合和星表构建方法的研究,无法...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
美国X-37B示意图
?喙丶际醯慕?叫枰?竟?灾餮蟹ⅰＭ?1. 1 美国 X-37B 示意图 图 1. 2 巴西 14-X 实物图图 1. 3 俄罗斯 MAKS 模型 图 1. 4 英国云霄塔示意图1.2.2 星敏感器研究发展现状星敏感器从上个世纪 40-50 年代发展至今已有 70-80 年的历史，目前可按应用平台分为：机载、弹载、星载星敏感器；按照工作波段可分为可见光、紫外、红外、X 射线星敏感器[22]。本文选取可见光星敏感器作为研究对象，以时间轴简要梳理其发展情况。按照星敏感器的发展历程，可将其分为三个时期：早期星敏感器、第一代 CCD（Charge-coupled Device，电耦合元件）星敏感器、第二代 CCD 星敏感器[23][24]。早期星敏感器采用析相管，在 20 世纪 60-70 年代被应用于地磁卫星、“阿波罗”计划等航天工程。由于析相管的物理原理，在实际使用过程中早期星敏感器存在诸多困难。第一代 CCD星敏感器出现于 20 世纪 70 年代，1974 年美国 JPL（Jet Propulsion Laboratory，喷气推进实验室）开始研发 CCD 面阵星敏感器。那时 CCD 技术的成熟也推进了星敏感器技术的发展[25]。第一代CCD 为了保证对暗星的观测能力
南京航空航天大学硕士学位论文跨大气层试飞成功的部分报道，进一步的研究成果尚未公布[21]。综上所述，目前世界上任何一个国外尚未研制出完整可用且实用的空天飞行器整机，结合美国 X-37B 的在轨试飞情况，目前仅实现了长航时在轨驻留。而在单级入轨和其他任务模式仍有较为艰巨的技术难题尚未突破。此外，各国研究进展和成果保密性较高，涉及导航系统的技术细节更是极难获取，相关技术的进步需要本国自主研发。图 1. 1 美国 X-37B 示意图 图 1. 2 巴西 14-X 实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界主要空天飞行器研制情况及未来发展趋势[J]. 唐绍锋,张静. 国际太空. 2017(10)
[2]空天飞行器制导控制技术发展思考[J]. 佘文学,刘凯,刘晶. 战术导弹技术. 2017(04)
[3]基于恒星矢量差分的星敏感器星跟踪算法研究[J]. 金荷,毛晓楠,孙少勇,刘露,胡雄超. 上海航天. 2017(02)
[4]白昼星敏感器的研究现状及关键技术[J]. 徐卿,赵春晖,李晓. 光学技术. 2016(06)
[5]空天飞行器制导控制技术展望[J]. 王长青,佘文学,史晓丽,刘凯. 战术导弹技术. 2016(06)
[6]星图识别的一种扩充栅格算法[J]. 钱华明,孙龙,蔡佳楠,黄蔚. 哈尔滨工业大学学报. 2015(02)
[7]高超声速条件下星光传输模拟方法与仿真[J]. 杨博,刘孝孝,肖红健,胡静. 宇航学报. 2014(10)
[8]巴西新一代空天飞行器14-X研究现状[J]. 张智超,高振勋,蒋崇文. 飞航导弹. 2014(04)
[9]天文角度辅助的高超声速飞行器多信息融合导航算法[J]. 王融,熊智,刘建业,钟丽娜. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[10]轨道试验飞行器X-37B再入飞行关键技术[J]. 张如飞,石晓荣. 飞航导弹. 2012(11)
博士论文
[1]高精度星敏感器若干关键技术研究[D]. 伍雁雄.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]近空间高超声速飞行器多信息融合自适应容错自主导航技术[D]. 王融.南京航空航天大学 2014
[3]星载GNSS/INS超紧组合技术研究[D]. 王立端.上海交通大学 2010
[4]大视场高精度星敏感器技术研究[D]. 王晓东.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]远程长航时惯性/天文组合导航关键技术研究[D]. 施丽娟.南京航空航天大学 2017
[2]空天飞行器惯性/天文组合导航关键技术研究[D]. 赵慧.南京航空航天大学 2015
[3]基于CCD星敏感器的星图识别算法的设计与实现[D]. 邢一凡.哈尔滨师范大学 2014
[4]基于多视场星敏感器的航天器姿态确定方法研究[D]. 张力军.国防科学技术大学 2011
[5]基于CCD星敏感器的星图识别算法的设计与实现[D]. 张锐.解放军信息工程大学 2007
本文编号：2914416
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
美国X-37B示意图
?喙丶际醯慕?叫枰?竟?灾餮蟹ⅰＭ?1. 1 美国 X-37B 示意图 图 1. 2 巴西 14-X 实物图图 1. 3 俄罗斯 MAKS 模型 图 1. 4 英国云霄塔示意图1.2.2 星敏感器研究发展现状星敏感器从上个世纪 40-50 年代发展至今已有 70-80 年的历史，目前可按应用平台分为：机载、弹载、星载星敏感器；按照工作波段可分为可见光、紫外、红外、X 射线星敏感器[22]。本文选取可见光星敏感器作为研究对象，以时间轴简要梳理其发展情况。按照星敏感器的发展历程，可将其分为三个时期：早期星敏感器、第一代 CCD（Charge-coupled Device，电耦合元件）星敏感器、第二代 CCD 星敏感器[23][24]。早期星敏感器采用析相管，在 20 世纪 60-70 年代被应用于地磁卫星、“阿波罗”计划等航天工程。由于析相管的物理原理，在实际使用过程中早期星敏感器存在诸多困难。第一代 CCD星敏感器出现于 20 世纪 70 年代，1974 年美国 JPL（Jet Propulsion Laboratory，喷气推进实验室）开始研发 CCD 面阵星敏感器。那时 CCD 技术的成熟也推进了星敏感器技术的发展[25]。第一代CCD 为了保证对暗星的观测能力
南京航空航天大学硕士学位论文跨大气层试飞成功的部分报道，进一步的研究成果尚未公布[21]。综上所述，目前世界上任何一个国外尚未研制出完整可用且实用的空天飞行器整机，结合美国 X-37B 的在轨试飞情况，目前仅实现了长航时在轨驻留。而在单级入轨和其他任务模式仍有较为艰巨的技术难题尚未突破。此外，各国研究进展和成果保密性较高，涉及导航系统的技术细节更是极难获取，相关技术的进步需要本国自主研发。图 1. 1 美国 X-37B 示意图 图 1. 2 巴西 14-X 实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界主要空天飞行器研制情况及未来发展趋势[J]. 唐绍锋,张静. 国际太空. 2017(10)
[2]空天飞行器制导控制技术发展思考[J]. 佘文学,刘凯,刘晶. 战术导弹技术. 2017(04)
[3]基于恒星矢量差分的星敏感器星跟踪算法研究[J]. 金荷,毛晓楠,孙少勇,刘露,胡雄超. 上海航天. 2017(02)
[4]白昼星敏感器的研究现状及关键技术[J]. 徐卿,赵春晖,李晓. 光学技术. 2016(06)
[5]空天飞行器制导控制技术展望[J]. 王长青,佘文学,史晓丽,刘凯. 战术导弹技术. 2016(06)
[6]星图识别的一种扩充栅格算法[J]. 钱华明,孙龙,蔡佳楠,黄蔚. 哈尔滨工业大学学报. 2015(02)
[7]高超声速条件下星光传输模拟方法与仿真[J]. 杨博,刘孝孝,肖红健,胡静. 宇航学报. 2014(10)
[8]巴西新一代空天飞行器14-X研究现状[J]. 张智超,高振勋,蒋崇文. 飞航导弹. 2014(04)
[9]天文角度辅助的高超声速飞行器多信息融合导航算法[J]. 王融,熊智,刘建业,钟丽娜. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[10]轨道试验飞行器X-37B再入飞行关键技术[J]. 张如飞,石晓荣. 飞航导弹. 2012(11)
博士论文
[1]高精度星敏感器若干关键技术研究[D]. 伍雁雄.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]近空间高超声速飞行器多信息融合自适应容错自主导航技术[D]. 王融.南京航空航天大学 2014
[3]星载GNSS/INS超紧组合技术研究[D]. 王立端.上海交通大学 2010
[4]大视场高精度星敏感器技术研究[D]. 王晓东.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]远程长航时惯性/天文组合导航关键技术研究[D]. 施丽娟.南京航空航天大学 2017
[2]空天飞行器惯性/天文组合导航关键技术研究[D]. 赵慧.南京航空航天大学 2015
[3]基于CCD星敏感器的星图识别算法的设计与实现[D]. 邢一凡.哈尔滨师范大学 2014
[4]基于多视场星敏感器的航天器姿态确定方法研究[D]. 张力军.国防科学技术大学 2011
[5]基于CCD星敏感器的星图识别算法的设计与实现[D]. 张锐.解放军信息工程大学 2007
本文编号：2914416
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