题目：航天器自主天文导航方法研究

为满足天基对地观测、武器精确打击及空间探索开发的迫切需求，各类地球卫星、深空探测器、载人飞船和漫游车等必须具备自主运行和管理的能力，而自主天文导航则是自主运行和管理的核心内容和技术瓶颈，是航天控制领域中的挑战性课题。本文在国家自然科学基金，国家“863”计划和民用航天预研项目支持下，系统研究了地球卫星、转移轨道上的深空探测器和行星探测漫游车的自主天文导航方法，针对地球卫星、转移轨道上的深空探测器和行星探测漫游车的不同特点和导航中存在的系统非线性、噪声非高斯分布和模型参数时变等难点，提出了一系列有针对性的天文导航和组合导航新方法。上述研究为自主天文导航在地球卫星、深空探测器和行星探测漫游车上的工程应用探索了一条切实可行的途径。本文主要研究内容如下：1. 系统研究了地球卫星自主天文导航的关键技术和创新方法。针对现有的直接敏感地平的天文导航方法精度不高，星光折射间接敏感地平的天文导航方法可靠性较差的不足，提出了一种利用信息融合技术将二者相结合的组合导航新方法，显著提高了导航精度与可靠性。利用天文导航的角度测量信息与地面站的Doppler相对距离、相对速度信息互补的特性，提出了一种基于Unsented粒子滤波的天文/Doppler组合导航新方法，在不额外增加测量仪器的条件下，进一步提高了导航精度和可靠性，实现了平均位置误差约100m，最大位置误差不超过300m，满足了地球卫星高精度自主导航的要求。2. 首次利用PWCS和可观测矩阵条件数的航天器自主天文导航可观测性和可观测度分析方法，优化设计了地球卫星自主天文导航系统的关键参数。结合天文导航系统的工程应用，改进了星敏感器安装误差的消除方法，确定了可使导航精度最高的星敏感器的最佳安装方位，为航天器自主天文导航系统工程的设计与实现提供了参考和依据。3. 系统研究了深空探测器在转移轨道上自主天文导航的关键技术和创新方法。建立了深空探测器的多体动力学轨道方程和天文量测方程，并针对地月转移轨道、行星际转移轨道和借力飞行轨道上的深空探测器其各自轨道运动的特点，分别提出了与之相适应的基于粒子滤波、多模型方法、模糊和遗传算法的自主天文导航新方法，为深空探测器在转移轨道上实现高精度自主天文导航提供了一种新的途径。4. 系统研究了行星探测漫游车自主天文导航的关键技术和创新方法。建立了漫游车的精确运动模型和天文量测模型，针对现有漫游车自主天文导航方法仅能定位或定向的不足，提出了一种基于Unsented粒子滤波的漫游车纯天文定位定向新方法，将导航精度提高了70%以上。针对漫游车长时间、长距离、高精度绝对定位导航这一技术难题，提出了一种漫游车的惯性/天文组合自主导航新方法。此外，针对重力方向测量精度较低的情况，提出了一种利用行星卫星作为观测信息的漫游车自主天文导航新方法。