● 摘要
深空探测自主导航，按照轨道运动特点主要分为：星际间航行段（即探测器从地球发射后，脱离地球轨道奔向目标天体的轨道段）自主导航和近天体环绕段（探测器被目标天体的引力场所捕获，对其做环绕飞行的轨道段）的自主导航。本论文以月球探测任务作为研究背景，研究基于电推进的深空探测航天器地——月轨道转移自主导航与制导的关键技术。论文首先以电推进器作为奔月航天器进入月球影响球后在轨道转移减速段的主推进力和姿态控制力，根据推力的引入方式建立了月心惯性直角坐标系及月心轨道平面旋转坐标系下的两种限制性三体力学模型。采用UKF非线性滤波方法针对星光仰角信息和地月方位信息进行自主导航研究。通过衰减因子的自适应估计处理，解决在推力持续作用的过程中，由于航天器的姿态与其轨道位置强烈耦合引起的动力学模型误差所产生的滤波估计发散问题。然后针对初始定位误差，推力矢量误差积累及其它摄动因素导致的航天器实际运行轨道相应于标称名义轨道的状态偏差进行最优制导控制研究。针对误差微分方程系数时变的特性，在标称轨道附近采用系数“冻结”法对偏差微分方程系数分段定常化，以能量消耗最少为性能指标优化推力矢量消除轨道状态偏差。最后，本文通过大量的计算机仿真实验和分析比较，对以上方法的正确性及有效性进行了详细论证，文章的结尾处给出了结论。