深空探測是當(dāng)今世界航天活動的重要領(lǐng)域之一,是一個國家綜合國力和創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。深空探測存在較大的技術(shù)風(fēng)險,與近地空間任務(wù)相比,深空探測具有器地通信時延大、飛行環(huán)境未知因素多、制動捕獲機會唯一、器上操作自主性要求高等特點。因此,連續(xù)、實時、高精度的導(dǎo)航成為了深空探測任務(wù)實施過程中必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文以我國即將實施的首次自主火星全球遙感與區(qū)域巡視任務(wù)為工程背景,圍繞近年來新提出的天文測速導(dǎo)航方法,從導(dǎo)航原理、系統(tǒng)建模、目標源遴選、速度矢量融合、誤差分析、狀態(tài)估計等方面開展系統(tǒng)研究。具體包括以下幾方面:基于光的多普勒效應(yīng),建立天文測速導(dǎo)航系統(tǒng)觀測幾何模型,給出不依賴軌道動力學(xué)時的探測器速度矢量計算方法;為進一步提升導(dǎo)航精度,建立天文測速自主導(dǎo)航系統(tǒng)軌道動力學(xué)模型,分析模型誤差特性及其對測速導(dǎo)航系統(tǒng)的影響;基于可觀測性階數(shù)和可觀測矩陣條件數(shù)兩種方法,對天文測速導(dǎo)航的可觀測性進行分析與評價。基于云南天文臺新真空太陽望遠鏡的實測數(shù)據(jù),建立太陽全球性活動對特征譜線頻率影響的模型,分析太陽源端不穩(wěn)定性對測速導(dǎo)航性能的影響�；诘鼗鈱W(xué)望遠鏡數(shù)據(jù),以視向速度穩(wěn)定性為評價指標,給出7顆視向... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

光柵光譜儀光路圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-6-圖1-2二維光譜圖Fig.1-22-Dspectrogram光譜儀的主色散元件為階梯光柵，為光譜儀提供高達(5~15)×104的光譜儀分辨率，橫向色散元件對系統(tǒng)分辨率沒有貢獻，它只是將主色散元件在色散方向重疊在一起的光譜在另一方向色散開，形成交叉色散的二維光譜。對譜線所在的像素計算光強(以光子為單位)，模擬出譜線線型并計算其偏移量，然后對所有譜線進行加權(quán)計算后平均得到視向速度。該方法的測量精度可在較低的信噪比情況下達1m/s，但它是經(jīng)過長時間的積分來計算累計光子數(shù)并消除隨機誤差來實現(xiàn)的，積分時間至少在半小時以上。(2)傅里葉變換法邁克爾遜干涉儀是典型的基于傅里葉變換的雙光束干涉儀，其頻移監(jiān)測原理是利用極窄工作譜段內(nèi)的單根譜線，測量其形成的干涉條紋的相位變化，再轉(zhuǎn)換成速度變化量。根據(jù)邁克爾遜干涉儀的原理，入射光束在分束器的分解面發(fā)生透射與反射，在出射空間發(fā)生干涉，經(jīng)物鏡成像至探測面。這也限制了入射光的數(shù)值孔徑，使得傅里葉干涉儀光通量大的優(yōu)點無法體現(xiàn)出來。但可以通過光程差補償原理實現(xiàn)非零光程差的補償，增大視場角。(3)空間外差法空間外差法頻移測量基于光譜信號在頻域的移動導(dǎo)致空域相移的特性。干涉光譜儀將帶通波段內(nèi)所有頻率的光譜信號以干涉條紋的形式成像在像面上，若光譜發(fā)生頻移，條紋將向臨近級次移動，通過條紋相位移動可計算得到頻率的變化[53]。空間外差法光譜儀采用衍射光柵進行分光，使出射光線之間產(chǎn)生干涉效應(yīng)，并在后端的光學(xué)探測器上記錄所形成的干涉條紋。采用傅里葉變換對不同位置干涉條紋進行處理后，可以得到入射光源的光譜曲線�；诳臻g外差光法的光譜儀具有較高的光譜分辨率，通常用于光譜分析應(yīng)用中。對單根或多根譜線進行干涉得到干涉

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-10-型特征譜線的致寬效應(yīng)，分析太陽與恒星活動對視向速度測量精度與穩(wěn)定性的影響，建立測速導(dǎo)航系統(tǒng)量測誤差的數(shù)學(xué)模型，評估各類誤差源對測速導(dǎo)航系統(tǒng)性能的影響。(3)深空天文測速導(dǎo)航目標遴選與速度矢量融合從導(dǎo)航源幾何分布的角度提出優(yōu)選準則與方法，研究多星矢量的相關(guān)性與正交性�？疾煸谠炊苏`差一定的情況下，視向速度矢量正交程度對矢量合成誤差的影響，以及觀測幾何構(gòu)型一定的情況下，不同源端誤差對速度矢量合成的影響。建立基于幾何構(gòu)型與目標源誤差的統(tǒng)一量化評價指標，為不同飛行條件下的測速導(dǎo)航源選取提供依據(jù)。(4)深空天文測速導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)估計分析速度量測量的引入對導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)估計精度、實時性的影響，揭示“速度”量對完善導(dǎo)航系統(tǒng)信息完備性的物理意義。借鑒可觀測性等概念，討論導(dǎo)航系統(tǒng)信息完備性問題。針對速度量測量誤差特性，設(shè)計有效的導(dǎo)航狀態(tài)估計濾波算法。(5)測速導(dǎo)航系統(tǒng)地面半物理仿真基于動力學(xué)仿真機實時仿真平臺搭建深空探測器動力學(xué)仿真環(huán)境，開展地面半物理仿真實驗，對測速導(dǎo)航精度、算法效率、實時性等進行分析與評價，驗證測速導(dǎo)航方法的有效性及系統(tǒng)方案設(shè)計的正確性。結(jié)合上述研究內(nèi)容，本論文各章節(jié)內(nèi)容安排及聯(lián)系如圖1-3所示。圖1-3論文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排Fig.1-3Contentsandorganizationchartofthisdissertation

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于X射線脈沖星的航天器自主導(dǎo)航方法研究[D]. 劉勁.華中科技大學(xué) 2011
[2]深空自主導(dǎo)航方法研究及在小天體探測中的應(yīng)用[D]. 常曉華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]測速測角組合自主導(dǎo)航性能評估研究[D]. 唐鵬.電子科技大學(xué) 2016



本文編號：3255105