题目：基于恒星敏感器的航天器组合导航技术研究

高性能组合导航技术能为各种运动载体提供高精度的运动信息，是高分辨率对地观测、精确打击及高效目标侦察中的关键技术之一。基于新一代恒星敏感器的组合导航技术因具有自主性强、定姿精度高等特点，已成为航天器高精度导航的有效手段。但是，新一代恒星敏感器相对口径大、灵敏度高，会导致星图畸变大、图像噪声大以及匹配信息冗余，因而，高精度、快速星图处理仍是基于恒星敏感器高精度组合导航面临的技术难题。另外，目前基于恒星敏感器的组合导航主要采用线性模型和传统滤波器结构，而实际系统的非线性和模型不确定性，导致滤波精度降低，这成为提高组合导航精度的又一技术难题。本论文围绕上述基于恒星敏感器的航天器组合导航技术难题，深入研究了恒星敏感器的高精度星图预处理方法、快速星图识别方法和基于恒星敏感器的航天器高精度组合导航方法，并通过半物理仿真系统验证了提出方法的有效性。另外，还实现了基于CMOS APS恒星敏感器和MEMS陀螺仪的小型化、低功耗惯性恒星罗盘系统集成。本论文主要创新性研究工作如下：1、针对恒星敏感器存在星图噪声和畸变大的问题，提出了一种基于CL多小波变换和局部熵组合的星图去噪方法，利用CL多小波变换对图像能量的汇聚特性及局部熵有效衡量图像能量分布状况的特点，有效去除了星图图像噪声。提出了一种基于改进遗传算法的星图图像畸变校正方法，改进了遗传算法适应度评价函数及算法编码方案，提高了星图畸变校正精度和模型优化效率。最终为星图识别提供了高质量的星图数据。2、针对恒星敏感器识别成功率低及匹配信息冗余的问题，提出了一种基于改进Hausdorff距离的新型星图识别方法，采用有向距离和绝对距离相结合，有效提高了识别成功率。进一步，将蚁群算法引入星图识别中，利用其对路径寻优的特点，提出了一种基于蚁群算法的快速星图识别方法，解决匹配信息冗余，提高了识别速度。3、围绕基于恒星敏感器的航天器组合导航系统非线性和模型不确定性问题，提出了一种卫星自适应分段信息融合定姿方法，基于最优REQUEST和UKF双重滤波器，并结合自适应分段思想，提高了组合定姿的精度和滤波收敛速度。同时，提出了一种基于改进遗传算法的自适应联邦滤波的弹载组合导航方法，利用改进遗传算法自适应优化联邦滤波器信息分配因子，有效提高了组合导航系统精度和可靠性。4、为了验证提出方法的有效性，开展了基于恒星敏感器的组合导航半物理仿真技术研究。首先，针对传统基于角距的星图模拟方法存在选取导航星速度慢的不足，提出了一种基于截面圆和固定区域求解赤经跨度的快速星图模拟方法，提高了星图模拟的速度，且随着导航星选取个数的增加，模拟速度的优势更明显。其次，针对目前星光模拟器成本高且实时性较差的不足，提出了一种高精度、低成本的星光模拟器设计方法。最后，构建了基于恒星敏感器的组合导航半物理仿真系统，验证了所提出组合导航方法的有效性。5、针对分布式组网监测空间环境用微纳卫星对低成本、集成化惯性恒星罗盘定姿系统的要求，给出了一种基于CMOS APS恒星敏感器和MEMS陀螺仪的小型化、低功耗、集成化惯性恒星罗盘系统实现，并进一步利用遗传规划快速建模及遗传算法模型优化的特点，研究提出了一种基于遗传规划和遗传算法组合的惯性恒星罗盘系统误差快速建模与优化方法。