火星探测器高精度自主组合导航技术研究
发布时间：2023-02-08 16:07
火星探测是深空探测的重要组成部分,高精度的自主导航技术是保证未来火星探测任务成功实施的必要条件。伴随着我国2020火星探测任务以及后续深空任务的立项,发展高精度的深空探测自主导航技术已经成为我国科研工作者的必然使命。本文以我国2020火星探测项目为工程背景,分别对巡航段、环绕段和进入段的高精度自主组合导航技术进行了研究分析。首先,基于天体简化几何模型、天体亮度梯度模型和天体纹理模型,模拟生成了巡航末段的系列火星光学图像,再使用图像处理算法提取出光学测量信息,用于后续的导航算法输入。然后,提出了基于火星/太阳/X脉冲星测量的巡航段自主组合导航方法,构建了巡航段的轨道动力学模型和导航测量模型。针对不同测量模型下的导航系统,先利用PWCS系统可观性分析方法分析系统的可观度,再利用非线性滤波技术设计导航实验,得到了可观度和导航精度之间的对比验证结果,为导航测量模型的快速选取与导航系统的快速构建提供了理论参考。接着,提出了基于光学/无线电/X脉冲星测量的环绕段自主组合导航方法,构建了环绕段的轨道动力学模型和导航测量模型,分析了组合导航系统的可观性。使用自适应的扩展卡尔曼滤波压制未知量级的过程噪声...
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究背景和意义
1.2 深空探测自主导航技术国内外研究现状
1.2.1 深空探测自主导航方法
1.2.2 深空探测光学导航信息提取方法
1.2.3 深空探测自主导航系统可观性分析方法
1.2.4 深空探测自主导航滤波算法
1.3 本文的研究内容与章节安排
第二章 火星光学图像模拟生成与导航信息提取方法
2.1 引言
2.2 火星光学图像模拟生成方法
2.2.1 天体简化几何模型
2.2.2 天体亮度梯度模型
2.2.3 天体纹理模型
2.2.4 光学图像模拟生成步骤
2.3 天体轮廓的检测方法
2.3.1 边缘检测算法
2.3.2 伪边缘剔除
2.4 天体轮廓拟合与导航信息提取方法
2.5 仿真验证分析
2.6 本章小结
第三章 基于火星/太阳/X脉冲星测量的巡航段自主组合导航方法
3.1 引言
3.2 组合导航方案
3.3 动力学模型
3.4 导航测量模型
3.4.1 太阳方向矢量测量模型
3.4.2 火星视线矢量测量模型
3.4.3 X脉冲星测量模型
3.5 可观性分析
3.5.1 PWCS系统可观性分析理论
3.5.2 组合导航系统可观性分析
3.6 非线性滤波技术
3.6.1 扩展卡尔曼滤波(EKF)
3.6.2 无迹卡尔曼滤波(UKF)
3.7 仿真实验分析
3.7.1 基于火星测量的自主导航方法
3.7.2 基于火星/太阳测量的自主组合导航方法
3.7.3 基于火星/太阳/X脉冲星测量的自主组合导航方法
3.8 本章小结
第四章 基于光学/无线电/X脉冲星测量的环绕段自主组合导航方法
4.1 引言
4.2 组合导航方案
4.3 动力学模型
4.4 导航测量模型
4.4.1 光学测量模型
4.4.2 无线电测量模型
4.5 可观性分析
4.6 自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)
4.7 仿真实验分析
4.6.1 传统的光学自主导航方法
4.6.2 光学/无线电自主组合导航方法
4.6.3 光学/无线电/X脉冲星自主组合导航方法
4.8 本章小结
第五章 基于IMU/FADS测量的进入段自主组合导航方法
5.1 引言
5.2 组合导航方案
5.3 动力学模型
5.4 导航测量模型
5.4.1 IMU测量模型
5.4.2 FADS测量模型
5.5 系统模型
5.5.1 采用IMU输出构造系统模型
5.5.2 采用动力学模型为系统模型
5.6 可观性分析
5.7 仿真实验分析
5.7.1 传统的航位递推导航方法
5.7.2 基于IMU滤波的导航方法
5.7.3 传统航位递推+FADS的自主组合导航方法
5.7.4 基于IMU滤波+FADS的自主组合导航方法
5.8 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文完成的主要研究工作
6.2 有待进一步研究的关键问题
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录A 坐标系定义及转换关系
本文编号：3737974
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究背景和意义
1.2 深空探测自主导航技术国内外研究现状
1.2.1 深空探测自主导航方法
1.2.2 深空探测光学导航信息提取方法
1.2.3 深空探测自主导航系统可观性分析方法
1.2.4 深空探测自主导航滤波算法
1.3 本文的研究内容与章节安排
第二章 火星光学图像模拟生成与导航信息提取方法
2.1 引言
2.2 火星光学图像模拟生成方法
2.2.1 天体简化几何模型
2.2.2 天体亮度梯度模型
2.2.3 天体纹理模型
2.2.4 光学图像模拟生成步骤
2.3 天体轮廓的检测方法
2.3.1 边缘检测算法
2.3.2 伪边缘剔除
2.4 天体轮廓拟合与导航信息提取方法
2.5 仿真验证分析
2.6 本章小结
第三章 基于火星/太阳/X脉冲星测量的巡航段自主组合导航方法
3.1 引言
3.2 组合导航方案
3.3 动力学模型
3.4 导航测量模型
3.4.1 太阳方向矢量测量模型
3.4.2 火星视线矢量测量模型
3.4.3 X脉冲星测量模型
3.5 可观性分析
3.5.1 PWCS系统可观性分析理论
3.5.2 组合导航系统可观性分析
3.6 非线性滤波技术
3.6.1 扩展卡尔曼滤波(EKF)
3.6.2 无迹卡尔曼滤波(UKF)
3.7 仿真实验分析
3.7.1 基于火星测量的自主导航方法
3.7.2 基于火星/太阳测量的自主组合导航方法
3.7.3 基于火星/太阳/X脉冲星测量的自主组合导航方法
3.8 本章小结
第四章 基于光学/无线电/X脉冲星测量的环绕段自主组合导航方法
4.1 引言
4.2 组合导航方案
4.3 动力学模型
4.4 导航测量模型
4.4.1 光学测量模型
4.4.2 无线电测量模型
4.5 可观性分析
4.6 自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)
4.7 仿真实验分析
4.6.1 传统的光学自主导航方法
4.6.2 光学/无线电自主组合导航方法
4.6.3 光学/无线电/X脉冲星自主组合导航方法
4.8 本章小结
第五章 基于IMU/FADS测量的进入段自主组合导航方法
5.1 引言
5.2 组合导航方案
5.3 动力学模型
5.4 导航测量模型
5.4.1 IMU测量模型
5.4.2 FADS测量模型
5.5 系统模型
5.5.1 采用IMU输出构造系统模型
5.5.2 采用动力学模型为系统模型
5.6 可观性分析
5.7 仿真实验分析
5.7.1 传统的航位递推导航方法
5.7.2 基于IMU滤波的导航方法
5.7.3 传统航位递推+FADS的自主组合导航方法
5.7.4 基于IMU滤波+FADS的自主组合导航方法
5.8 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文完成的主要研究工作
6.2 有待进一步研究的关键问题
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录A 坐标系定义及转换关系
本文编号：3737974
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3737974.html
