● 摘要
本论文工作主要是进行转移轨道上的深空探测器的自主天文导航方法研究。课题来源于国家自然科学基金项目“深空探测器的自主天文定位导航方法与仿真研究”。目的是针对深空探测器的自主运行，研究高精度、高可靠性的天文导航方法。 从深空探测器自主天文导航原理入手，对深空探测器天文导航系统状态方程和量测方程的建立进行了深入讨论，并给出了目前在航天器天文导航系统中较广泛使用的两种非线性滤波EKF和UKF模型和算法。 针对在对深空探测器进行仿真计算时，其在转移轨道上的真实轨道数据不可得的情况，对轨道数据生成软件STK的具体使用方法进行了详细介绍。首先给出了生成一般深空探测器轨道数据的方法，然后以火星探测器为例，给出一次具体的火星任务的轨道数据生成方法，为深空探测器自主天文导航系统的计算机仿真及性能分析提供基础。 研究了基于EKF的转移轨道上火星探测器的自主天文导航方法。首先介绍了标准EKF算法，然后在对转移轨道上火星探测器的轨道动力学模型进行精确建模的基础上，采用了两组量测信息：太阳矢量方向、地球矢量方向以及多普勒径向速度和太阳矢量方向、地球矢量方向以及火星矢量方向之间的夹角，采用EKF方法进行了导航参数的最优估计。仿真结果表明，以后者作为量测信息得到的导航精度要优于前者。 研究了基于UKF的转移轨道上火星探测器的自主天文导航方法。首先介绍了标准UKF算法，然后在对转移轨道上火星探测器的轨道动力学模型进行精确建模的基础上，采用了三组量测信息：太阳矢量方向、地球矢量方向以及火星矢量方向；上述三个矢量方向之间的夹角；太阳、地球以及火星分别和恒星间的星光角距，采用UKF方法进行了导航参数的最优估计。仿真结果表明，采用矢量方向之间的夹角和星光角距均可获得较高的导航定位精度，如果将这两种量测信息相结合，则可达到更高的导航精度。 对转移轨道上的深空探测器自主天文导航系统进行了可观测性分析，首先介绍可观测性分析的基本原理，然后对火星探测器自主天文导航系统的可观测性和可观测度进行分析。