● 摘要
航天器在太空飞行时，速度信息和位置信息能否及时准确地获取，是航天器能否进行实时自主导航的关键。目前航天器导航的主要方法有地面无线电导航、惯性导航、天文导航，这些方法的局限性主要是或需要地面支持，不具备自主性，或需引入航天器轨道动力学，导致大量复杂计算。迫切需要有新的方法，鉴于深空中有自然存在、长期稳定、易于检测的恒星信息源，提出基于光谱红移的自主导航方法，可以实时获得速度信息，并且计原理简单、解求精度相对较高。本文研究了于光谱红移的天文导航方法，主要完成以下工作：
1）分析太阳光谱的特征，选择夫琅禾费线作为目标谱线。利用光谱红移公式，结合系统中涉及到的测角、测速信息，提出了基于光谱红移测速方案，给出了测速方案的各个流程。
2）采用小波分析方法对观测光谱进行降噪处理，能在保留有用信号的同时，去除无关噪声。采用小波分析方法进行连续谱的拟合，具有较好的平滑效果，并首次采用两次光谱归一化，使谱线特征更为突出。通过小波分析降噪和连续谱归一化，完成了光谱信号的预处理过程，获得了光谱的谱线信息。
3）目标谱线提取。分析出目标光谱都是吸收线，即局部极小值。采用整体阈值和局部阈值相结合的方法提取谱线，在提取目标谱线的同时，又能避免产生伪谱线。
4）红移值解算和速度精度评估。采用密度估计法来计算红移值，计算方法简单、正确率高。结合模拟的天文测角精度信息对行矢量速度的精度进行评估。
仿真实验证明，本文提出的光谱红移测速算法，可满足深空探测器在转移阶段的速度实时测量需求。系统组成简单、求解速度快，可为以后的火星探测计划提供工程借鉴。