深空探测测速测角组合导航性能评估平台的设计与实现
发布时间：2021-10-06 21:24
深空探测是人类航天活动的重要方向,对国家的科技、经济和社会发展有着重要意义。深空探测具有时间长、航程远和环境未知多变等特点,基于以上特点,深空探测需要采用高精度的自主导航技术。同时,单一的导航方法可能不能满足探测器对导航系统性能的更高要求,因此可以将某几种导航方式进行有效地结合,使得组合导航的系统性能能够优于子系统。天文测速测角组合自主导航具有无延时、自主性高等特点,非常适合深空探测。同时由于滤波方法在自主导航技术中也发挥着重要的作用,能够提高导航精度,因此对导航系统及其滤波性能的评估是不可或缺的。本文以深空探测中的火星探测为背景,通过设计并实现导航评估系统,对导航方法及应用于导航系统的扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter,EKF）、无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）和无迹粒子滤波（Unscented Particle Filter,UPF）进行性能评估,并将评估结果以直观的图形界面显示用于分析比较。本文的主要工作内容有:1.研究了天文自主导航技术的原理,分析了导航系统的轨道动力学模型和量测模型。分析了多种滤波方法的原理与特...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天文测速导航原理图
r2r3r3vv 式中r1 r2 r3Tv v v 是径向速度的观测误差。2.4 天文组合自主导航系统惯性导航的误差会随时间累积，天文测角导航有良好的自主性，误差不随时间积累，但是其通过位置微分得到探测器的速度，这样的速度估计精度不高，也会受到其他外部环境和数据发生间断的影响。天文测速导航获得速度信息，然后通过速度积分得出位置信息，虽然速度精度高，但是位置会随时间发散。单一的导航系统可能不能满足探测器对导航系统性能的更高要求，因此可以将某几种导航方式进行有效地结合，不同导航方法之间综合优势并且能够弥补各自的不足，使得组合导航的系统性能能够优于子系统[67,68]。本文提出一种将天文测角导航和天文测速导航进行组合的自主导航方法。天文测速测角组合自主导航的原理如下图 2-3 所示：天文组合自主导航系统的工作过程可表示为以下：
根据层次分析-熵权法，结合深空探测组合自主导航系统的评估进行分析，步骤如下：（1）问题描述，建立层次结构模型深空探测导航系统在巡航段和捕获段的层次结构模型如下图 3-1 所示。将问题包含的因素分层为最高层、中间层和最低层，把各种所要考虑的因素放在适当的层次内。最高层代表解决问题的用意，中间层表示为达到该目标所采取的方案务必遵循的要求，最低层即用于解决该问题的规划、策划。在本课题中，我们的目的是判别深空探测导航系统的综合性能，所以把导航系统看作目标层，而把 3.1 节中建立的性能评估指标（精度、实时性、连续性、可用性）看作约束层，探测器飞行过程中的导航控制是依靠滤波方法的，所以把各类滤波方法看作方案层。（2）构造约束层的判断（成对比较）矩阵接下来开始确定各层次各因素之间的权重，在本文中就是得出约束层与最高层之间的权值和方案层与约束层之间的权值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种自适应卡尔曼滤波组合导航定位方法[J]. 于婷,徐爱功,付心如,谢洋洋,孙伟. 导航定位学报. 2017(03)
[2]国外深空探测推进技术发展及启示[J]. 韩泉东,任建军,于杭健. 火箭推进. 2017(04)
[3]深空探测天文自主导航技术综述[J]. 薛喜平,张洪波,孔德庆. 天文研究与技术. 2017(03)
[4]卫星导航信号评估系统设计及信号性能评估[J]. 卢晓春,贺成艳,王雪,饶永南,康立,石慧慧. 时间频率学报. 2016(03)
[5]一种基于天文测速的火星捕获段天地联合导航方法[J]. 尤伟,马广富,张伟. 宇航学报. 2016(06)
[6]SINS/GNSS卡尔曼滤波组合导航技术在运载火箭上应用研究[J]. 邱伟,王立扬,司成,陈韦贤,毛承元. 上海航天. 2016(S1)
[7]应用RB无迹卡尔曼滤波组合导航提高GPS重获信号后的导航精度[J]. 张百强,储海荣,孙婷婷,贾宏光,郭立红,ZHANG Yue. 光学精密工程. 2016(04)
[8]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[9]Kalman滤波在导航中的应用研究[J]. 洪腾腾,胡绍林. 自动化博览. 2016(03)
[10]中国深空探测现状及持续发展趋势[J]. 孙泽洲,孟林智. 南京航空航天大学学报. 2015(06)
硕士论文
[1]X射线脉冲星自主导航定位的滤波方法研究[D]. 李娜.湖南大学 2017
[2]基于粒子滤波的INS/GPS组合导航数据融合及故障诊断[D]. 纪龙.南京航空航天大学 2013
[3]卡尔曼滤波在INS/GPS组合导航中的应用研究[D]. 谢木生.中南大学 2013
本文编号：3420771
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天文测速导航原理图
r2r3r3vv 式中r1 r2 r3Tv v v 是径向速度的观测误差。2.4 天文组合自主导航系统惯性导航的误差会随时间累积，天文测角导航有良好的自主性，误差不随时间积累，但是其通过位置微分得到探测器的速度，这样的速度估计精度不高，也会受到其他外部环境和数据发生间断的影响。天文测速导航获得速度信息，然后通过速度积分得出位置信息，虽然速度精度高，但是位置会随时间发散。单一的导航系统可能不能满足探测器对导航系统性能的更高要求，因此可以将某几种导航方式进行有效地结合，不同导航方法之间综合优势并且能够弥补各自的不足，使得组合导航的系统性能能够优于子系统[67,68]。本文提出一种将天文测角导航和天文测速导航进行组合的自主导航方法。天文测速测角组合自主导航的原理如下图 2-3 所示：天文组合自主导航系统的工作过程可表示为以下：
根据层次分析-熵权法，结合深空探测组合自主导航系统的评估进行分析，步骤如下：（1）问题描述，建立层次结构模型深空探测导航系统在巡航段和捕获段的层次结构模型如下图 3-1 所示。将问题包含的因素分层为最高层、中间层和最低层，把各种所要考虑的因素放在适当的层次内。最高层代表解决问题的用意，中间层表示为达到该目标所采取的方案务必遵循的要求，最低层即用于解决该问题的规划、策划。在本课题中，我们的目的是判别深空探测导航系统的综合性能，所以把导航系统看作目标层，而把 3.1 节中建立的性能评估指标（精度、实时性、连续性、可用性）看作约束层，探测器飞行过程中的导航控制是依靠滤波方法的，所以把各类滤波方法看作方案层。（2）构造约束层的判断（成对比较）矩阵接下来开始确定各层次各因素之间的权重，在本文中就是得出约束层与最高层之间的权值和方案层与约束层之间的权值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种自适应卡尔曼滤波组合导航定位方法[J]. 于婷,徐爱功,付心如,谢洋洋,孙伟. 导航定位学报. 2017(03)
[2]国外深空探测推进技术发展及启示[J]. 韩泉东,任建军,于杭健. 火箭推进. 2017(04)
[3]深空探测天文自主导航技术综述[J]. 薛喜平,张洪波,孔德庆. 天文研究与技术. 2017(03)
[4]卫星导航信号评估系统设计及信号性能评估[J]. 卢晓春,贺成艳,王雪,饶永南,康立,石慧慧. 时间频率学报. 2016(03)
[5]一种基于天文测速的火星捕获段天地联合导航方法[J]. 尤伟,马广富,张伟. 宇航学报. 2016(06)
[6]SINS/GNSS卡尔曼滤波组合导航技术在运载火箭上应用研究[J]. 邱伟,王立扬,司成,陈韦贤,毛承元. 上海航天. 2016(S1)
[7]应用RB无迹卡尔曼滤波组合导航提高GPS重获信号后的导航精度[J]. 张百强,储海荣,孙婷婷,贾宏光,郭立红,ZHANG Yue. 光学精密工程. 2016(04)
[8]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[9]Kalman滤波在导航中的应用研究[J]. 洪腾腾,胡绍林. 自动化博览. 2016(03)
[10]中国深空探测现状及持续发展趋势[J]. 孙泽洲,孟林智. 南京航空航天大学学报. 2015(06)
硕士论文
[1]X射线脉冲星自主导航定位的滤波方法研究[D]. 李娜.湖南大学 2017
[2]基于粒子滤波的INS/GPS组合导航数据融合及故障诊断[D]. 纪龙.南京航空航天大学 2013
[3]卡尔曼滤波在INS/GPS组合导航中的应用研究[D]. 谢木生.中南大学 2013
本文编号：3420771
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