考虑太阳自转的天文多普勒差分导航方法

发布时间：2021-09-18 12:11

　　天文多普勒差分导航能够极大地抑制太阳光谱不稳定性造成的速度误差。但是,太阳自转会给天文多普勒差分测量带来一个微小慢变偏差,进而导致导航滤波器发散。针对这一问题,提出了一种能同时抵抗太阳自转和光谱不稳定性的天文多普勒差分方法。该方法建立了太阳自转造成的速度差分偏差模型,并将其引入到多普勒差分测量模型中。由于天文多普勒导航无法单独工作,需将其与X射线脉冲星导航进行组合。实验结果表明,该组合导航方法不受太阳自转和光谱不稳定性的影响,能够在深空探测捕获段提供高精度导航信息。 

【文章来源】：飞控与探测. 2020,3(04)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

天文多普勒差分测量基本原理

分析太阳自转干扰对CDD-SR/SI和CDD-SI的影响。图2给出了二者的性能比较。从图2可以看出，CDD-SR/SI能较好收敛，而CDD-SI则发散。究其原因，太阳自转造成的速度差分偏差到达了1(m/s）量级，远大于噪声水平。CDD-SR/SI补偿了该速度差分偏差，而CDD-SI则没有。这表明CDD-SR/SI所采取的方法是有效的。本文对CDD-SI参数进行优化，也可使其收敛。太阳自转造成的速度差分偏差也可视为干扰。加大测量噪声协方差矩阵也是一种解决方案。通过大量仿真实验，本文发现当测量噪声协方差矩阵中的速度噪声分量设为100m/s时，CDD-SI能收敛，且能提供较高导航精度。图3给出了优化后二者的性能比较。表2给出了这两种导航方法的比较。从中可以看出，与CDD-SI相比，CDD-SR/SI的定位和定速精度分别提高了34%和57%。这表明，即使优化CDD-SI参数，也无法使其达到CDD-SR/SI的高精度。从以上结果可以看出，CDD-SR/SI有效抑制了太阳自转和太阳活动对导航系统的影响，能提供高精度定位和定速信息。

本文对CDD-SI参数进行优化，也可使其收敛。太阳自转造成的速度差分偏差也可视为干扰。加大测量噪声协方差矩阵也是一种解决方案。通过大量仿真实验，本文发现当测量噪声协方差矩阵中的速度噪声分量设为100m/s时，CDD-SI能收敛，且能提供较高导航精度。图3给出了优化后二者的性能比较。表2给出了这两种导航方法的比较。从中可以看出，与CDD-SI相比，CDD-SR/SI的定位和定速精度分别提高了34%和57%。这表明，即使优化CDD-SI参数，也无法使其达到CDD-SR/SI的高精度。从以上结果可以看出，CDD-SR/SI有效抑制了太阳自转和太阳活动对导航系统的影响，能提供高精度定位和定速信息。对于测速系统而言，光谱仪噪声和太阳活动有影响。本文分析了二者对CDD-SR/SI的影响。表3给出了在不同光谱仪噪声和太阳活动强度下的仿真结果。随着光谱仪噪声和太阳活动强度的增大，CDD-SR/SI性能均有所下降，但下降幅度较小。若采用全日面积分，太阳活动造成的速度测量误差约为2(m/s)[21]。目前，光谱仪测速噪声水平在0.01(m/s)～1(m/s）。在本文给出的极端条件下，CDD-SR/SI仍能保持较高精度。在仪器噪声和太阳活动强度分别增长1000倍和100倍的情况下，CDD-SR/SI的定位和定速误差仅分别增长了60%和140%。以上结果表明CDD-SR/SI对光谱仪噪声和太阳活动有较强的鲁棒性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于太阳自转轴观测角的新型天文导航方法[J]. 宁晓琳,晁雯.  深空探测学报. 2019(04)
[2]基于天文测角测速组合的小行星探测器自主导航方法[J]. 张伟,黄庆龙,陈晓.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(08)
[3]深空探测器自主天文导航技术综述[J]. 房建成,宁晓琳,马辛,刘劲,桂明臻.  飞控与探测. 2018(01)
[4]火星探测器自主导航方法综述[J]. 宝音贺西,马鹏斌.  飞控与探测. 2018(01)
[5]面向编队飞行的天文多普勒差分/脉冲星组合导航[J]. 喻子原,刘劲,宁晓琳,马辛,桂明臻,康志伟.  深空探测学报. 2018(03)
[6]基于双测量模型的多普勒测速及其组合导航[J]. 康志伟,徐星满,刘劲,李娜.  宇航学报. 2017(09)
[7]深空组合导航中天文测速观测研究[J]. 宁宗军,李东,戴煜.  深空探测学报. 2016(03)
[8]深空探测器自主技术发展现状与趋势[J]. 崔平远,徐瑞,朱圣英,赵凡宇.  航空学报. 2014(01)



本文编号：3400115