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环火星自主导航系统设计及参数优化研究

欧阳威 张洪波 郑伟

欧阳威, 张洪波, 郑伟. 环火星自主导航系统设计及参数优化研究[J]. 深空探测学报, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
引用本文: 欧阳威, 张洪波, 郑伟. 环火星自主导航系统设计及参数优化研究[J]. 深空探测学报, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
OUYANG Wei, ZHANG Hongbo, ZHENG Wei. Study on Mars Autonomous Navigation System Design and the Parameter Optimization[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
Citation: OUYANG Wei, ZHANG Hongbo, ZHENG Wei. Study on Mars Autonomous Navigation System Design and the Parameter Optimization[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007

环火星自主导航系统设计及参数优化研究

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
基金项目: 国家自然科学基金委重大项目(61690210)

Study on Mars Autonomous Navigation System Design and the Parameter Optimization

  • 摘要: 当前火星探测器环绕段的导航信息主要依赖地面深空探测网提供,基于光学成像的导航方式尚不能提供较高的导航精度。因此提出一种应用相对测量的探测器实现火星环绕段的自主导航。两颗编队飞行的探测器进行相对测量,观测信息为探测器之间的相对视线矢量(LOS)。同时利用主星的星敏感器确定星体在惯性空间的姿态,将观测信息转换至惯性系下获得简化的观测方程,使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对卫星的轨道进行确定。介绍了具体导航方案的实现方法和技术细节,使用粒子群优化方法(PSO)对模型设计的相关参数进行优化,导航精度得到明显提高。实现位置确定精度10 m,速度确定精度0.01 m/s。为设计最优的编队导航系统参数提供了有效思路。
  • [1] Schratz B C,Soriano M,Ilott P,et al. Telecommunica-tions performance during entry,descent,and landing of the Mars science laboratory[J]. Journal of Spacecraft and Rockets,2014,51(4):1237-1250.
    [2] Martin-Mur T J,Kruizinga G L,Burkhart P D,et al. Mars science laboratory interplanetary navigation[J]. Journal of Spacecraft and Rockets,2014,51(4):1014-1028.
    [3] 于登云,孙泽洲,孟林智,等. 火星探测发展历程与未来展望[J]. 深空探测学报,2016,3(2):108-113.
    Yu D Y,Sun Z Z,Meng L Z,et al. The development process and prospects for Mars exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration,2016,3(2):108-113.
    [4] 王大轶,黄翔宇. 深空探测自主导航与控制技术综述[J]. 空间控制技术与应用,2009,35(3):6-12.
    Wang D Y,Huang X Y. Survey of autonomous navigation and control for deep space exploration[J]. Aerospace Control and Application,2009,35(3):6-12.
    [5] 陈晓,尤伟,黄庆龙. 火星探测巡航段天文自主导航方法研究[J]. 深空探测学报,2016,3(3):214-218.
    Chen X,You W,Huang Q L. Research on celestial navigation for Mars missions during the interplanetary cruising[J]. Journal of Deep Space Exploration,2016,3(3):214-218.
    [6] Psiaki M L. Absolute orbit and gravity determination using relative position measurements between two satellites[J]. Journal of Guidance Control and Dy-namics,2011,34(5):1285-1297.
    [7] Junkins J L,Hughes D C,Wazni K P,et al. Vi-sion-based navigation for rendezvous,docking and proximity operations[C]//Proceedings of the annual AAS Rocky Mountain Guidance and Control Conference. Breckenridge,Colorado:AAS, 1999.
    [8] Yim J R. Autonomous spacecraft orbit navigation[D].[s.l.]:Texas A&M University,2002.
    [9] Ouyang W,Zhang H B,Xing J J. Autonomous orbit de-termination and observability analysis for formation satellites[C]//Chinese Control Conference. Chengdu,China:[s.n.], 2016.
    [10] Zeng G,Hu M,Yao H. Relative orbit estimation and formation keeping control of satellite formations in low Earth orbits[J]. Acta Astronautica,2012,76(76):164-175.
    [11] Markley F L. Autonomous navigation using landmark and intersatellite data[C]//AIAA/AAS Astrodynamics Conference. Seattle,WA:AIAA, 1984:1984-1987.
    [12] 常晓华,崔平远,王晓明,等. 基于条件数的能观性度量方法及在自主导航系统中的应用[J]. 宇航学报,2010,31(5):1331-1337.
    Chang X H,Cui P Y,Wang X M,et al. A condtition number-based observability analysis method and its application in autonomous navigation system. Journal of Astronautics,2010,31(5):1331-1337.
    [13] Yu Z S,Cui P Y,Zhu S Y. Observability-based beacon configuration optimization for Mars entry navigation[J]. Journal of Guidance Control and Dynamics,2014,38(4):643-650.
    [14] Yu Z S,Cui P Y,Zhu S Y. On the observability of Mars entry navigation using radiometric measurements[J]. Advances in Space Research,2014,54(8):1513-1524.
    [15] Chen T,Xu S. Double line-of-sight measuring relative navigation for spacecraft autonomous rendezvous[J]. Acta Astronautica,2010,67(1-2):122-134.
    [16] 杨维,李歧强. 粒子群优化算法综述[J]. 中国工程科学,2004,6(5):87-94.
    Yang W,Li Q Q. Survey on particle swarm optimiza-tion algorithm[J]. Engineering Science,2004,6(5):87-94.
  • [1] 徐浩, 裴福俊, 蒋宁.  一种基于李群描述的深空探测器姿态估计方法 . 深空探测学报, 2020, 7(1): 102-108. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20171117002
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-01
  • 修回日期:  2017-01-01

环火星自主导航系统设计及参数优化研究

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
    基金项目:  国家自然科学基金委重大项目(61690210)

摘要: 当前火星探测器环绕段的导航信息主要依赖地面深空探测网提供,基于光学成像的导航方式尚不能提供较高的导航精度。因此提出一种应用相对测量的探测器实现火星环绕段的自主导航。两颗编队飞行的探测器进行相对测量,观测信息为探测器之间的相对视线矢量(LOS)。同时利用主星的星敏感器确定星体在惯性空间的姿态,将观测信息转换至惯性系下获得简化的观测方程,使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对卫星的轨道进行确定。介绍了具体导航方案的实现方法和技术细节,使用粒子群优化方法(PSO)对模型设计的相关参数进行优化,导航精度得到明显提高。实现位置确定精度10 m,速度确定精度0.01 m/s。为设计最优的编队导航系统参数提供了有效思路。

English Abstract

欧阳威, 张洪波, 郑伟. 环火星自主导航系统设计及参数优化研究[J]. 深空探测学报, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
引用本文: 欧阳威, 张洪波, 郑伟. 环火星自主导航系统设计及参数优化研究[J]. 深空探测学报, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
OUYANG Wei, ZHANG Hongbo, ZHENG Wei. Study on Mars Autonomous Navigation System Design and the Parameter Optimization[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
Citation: OUYANG Wei, ZHANG Hongbo, ZHENG Wei. Study on Mars Autonomous Navigation System Design and the Parameter Optimization[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(1): 43-50. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.007
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