● 摘要
巡视器在月面巡视探测方面发挥着重要作用，其可靠性必须得到有力保障。巡视器实现自主导航对提高其工作效率和生存能力具有重要意义。惯性导航具有自主性强，可同时输出位置、速度和姿态等全面的导航信息，短时定位精度高等优点，在深空探测领域广泛应用。同时，月面上没有大气利于天体观测，天文导航也是适用于月面环境的自主导航方法。但在长时间和长距离条件下，这两种导航方法均难以独立完成巡视器的高精度、高可靠性的导航任务。考虑到它们在工作原理和信息来源上的互补特性，将两种导航方法进行组合，发挥两种导航方法之间的优势互补，能够满足巡视器长时间、长距离高精度自主导航的需求，是当前的研究热点。本论文以我国的月球探测任务为背景，对月面巡视器的惯性/天文组合导航方法进行了深入、系统的研究。具体研究内容如下：
首先，针对月球自转角速度和重力加速度太小这一特殊情况，传统的用于地面上的惯导初始对准方法不适用这一问题，研究了一种适用于月面巡视器的天文辅助惯性初始对准方法，但是这种初始对准方法受巡视器初始位置精度的影响。为此，本论文在此基础上研究了一种基于惯性/天文组合的巡视器自主初始化方法，该方法可以同时确定巡视器的初始位置和姿态。考虑到天文导航提供的天体高度测量精度的问题，论文还研究了一种改进的巡视器自主初始化方法，计算机仿真结果表明该改进方法可以明显提高巡视器的初始化精度。
其次，根据巡视器“走走停停”的工作模式，论文研究了一种适用于巡视器的双模式惯性/天文组合导航方法。巡视器静止时导航系统工作在紧耦合模式，巡视器运动时导航系统工作在松耦合模式。地面测试系统仿真表明，该双模式组合导航方法可以满足巡视器长时间、长距离高精度自主导航的需求。
最后，从可观测性和精度影响因素两个方面对月面巡视器惯性/天文组合导航系统的导航性能进行了分析。研究结果表明：增大导航恒星的数目能够提高组合导航系统的导航精度，但是随着导航星数目的增多，总体导航精度提高的并不是很大，考虑到计算效率，在实际计算中一般选取3-5颗即可满足精度需求；导航星分布的密集程度对系统导航性能的影响很大，选取的导航星分布越密集，组合导航系统的导航精度越低，在实际计算中一般选取星敏感器视场内分散的恒星作为导航星。
本文研究成果可为我国月面巡视器和其它行星探测巡视器组合导航方法的研究提供参考。