题目：火星探测航天器的自主导航方法研究

火星探测是继月球探测之后又一个深空探测的热点，如何有效的实现探测器的自主导航是完成火星探测的关键技术之一，本文研究了火星探测器轨道转移段和火星大气制动段的自主导航方法，以及在大气制动段利用加速度计的输出数据来估计火星大气密度的方法，为以后开展实际工程任务提供了理论基础和技术支持。 首先，本文研究了轨道转移段的自主导航方法。根据星光角距模型建立了星光角距观测方程，并对系统的可观测性进行了分析；为了分析系统模型对导航精度的影响，研究了基于圆型限制性四体模型的自主导航方法；针对扩展卡尔曼滤波算法可能因为一步预测误差较大，导致系统滤波精度下降的问题，研究了一种预测-校正的改进方法。 其次，研究了火星大气制动段的自主导航方法。根据此阶段的特点，研究了基于惯性测量单元的导航方法，将加速度计的输出数据作为导航算法中的量测量，由于惯性测量单元存在误差累积，使得系统的导航精度下降；为补偿惯性单元的累积误差，研究了基于高度计辅助的导航方法，将星载高度计的测距信息与加速度计的输出信息进行信息融合，来实现对探测器运动状态的估计。 最后，研究了利用加速度计的输出数据来估计火星大气密度的方法。传统方法能够得到很好的精度，但是都是事后估计。因此，本文研究了一种火星大气估计方法，该方法将火星大气密度扩充到导航系统的状态变量之中，采用滤波算法进行估计，在提高状态估计精度的同时，实现对火星大气密度的实时估计。