题目：小卫星自主导航技术研究

 

为了提高小卫星的自主导航性能，论文围绕基于星光折射的自主导航、星光/地磁/陀螺组合导航以及基于伪距观测的动力学定轨等技术进行了研究。主要研究成果及创新点概括如下：

(1)研究了一种较为典型的天文导航系统，即基于星光折射的自主导航技术。根据基于星光折射间接敏感地平的天文导航原理，综合考虑测量系统的精度以及大气折射模型的不确定性对导航性能的影响，建立了系统模型，并进行了仿真分析。研究结果表明：基于星光折射的卫星自主导航大大提高了导航精度，验证了该方案的可行性。

(2) 结合低轨小卫星的飞行特点，提出了一种适用于小卫星的星光/地磁/陀螺高精度自主导航方案，建立了该系统的状态方程。推导了系统的量测方程，采用信息融合将多种观测信息合理分配。根据三种敏感器各自的测量原理，引入星敏感器提供的高精度观测信息，对磁强计和陀螺仪提供的长时间测量误差进行补偿，同时，磁强计和陀螺仪又能弥补星敏感器输出数据率低的缺点。研究结果表明：该方案既充分发挥了各敏感器的优势，又弥补了彼此性能的不足，提高了系统导航精度。

(3)根据小卫星的特点，分析了小卫星轨道动力学的精确建模，详细推导了各种摄动力的摄动模型，并建立了合适的积分器。研究表明：为了实现小卫星的精密定轨，需要对主要的摄动力进行精确的建模和分析，这样才能减小模型误差累积的影响，实现高精度的轨道预报，满足低轨小卫星动力学定轨的要求。

 (4) 设计了一种基于伪距观测的小卫星动力学定轨方法。首先，详细分析了影响GPS伪距观测值的各种误差源，并研究了其对应的改正方法；在此基础上，应用星载GPS的伪距观测值进行单点定位，提出了一种基于伪距的动力学定轨方法，并通过仿真验证了该动力学定轨方法的有效性。研究结果表明：动力学模型在精度和稳定性方面，均可满足动力学定轨的要求；基于伪距观测的动力学定轨可以获得dm量级的定轨精度，满足了低轨小卫星精密定轨的要求。