基于X射线脉冲星导航的火星探测关键技术研究

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发表于 2022-9-22 14:24:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
火星探测的导航可以分为近地轨道段导航、近火轨道段导航和行星际转移轨道段导航三部分,其中行星际转移轨道段上的导航是整个导航过程中的关键。深空网测控导航虽然是当前唯一成熟的行星际导航方法,但其各种不足难以满足未来火星探测的需要。本文以“火星探路者”号火星探测器飞行任务为背景,对X射线脉冲星自主导航方法在火星探测行星际转移轨道段上的应用技术进行了研究。首先介绍了X射线脉冲星导航中应用的坐标系统和时间系统,并给出了原时到坐标时的转换方程;研究了将敏感器收集到X射线光子生成脉冲轮廓,并转化为可用作导航信号的方法,同时利用探测信号建立了脉冲计时模型。其次讨论了火星探测的行星际轨道特征和轨道动力学模型。结合“火星探路者”飞行任务,利用STK软件生成了火星探测器的行星际转移轨道,并将轨道数据输出到MATLAB中供导航系统仿真使用。然后研究了基于最大似然估计的绝对定位方法。给出了基于最大似然估计的脉冲信号模型,研究了脉冲整周模糊数的解法和飞行器绝对位置确定的算法。创造性地提出将这个绝对位置估计应用到基于偏差校正的脉冲星导航系统,在非正常情况下替换导航系统中轨道预报器的功能,提高了系统运行的可靠性。最后研究了基于偏差校正估计的导航系统及其在行星际转移轨道段的导航性能。建立了将飞行器处脉冲到达时间转移到太阳系质心处的高精度时间转移方程,在此基础上介绍了偏差校正法的原理。同时研究了基于飞行器轨道动力学和脉冲星观测信息的EKF导航滤波系统,鉴于开环估计的精度不高、导航滤波不稳定的特点,创造性地提出闭环滤波估计方法,有效提高了导航精度。仿真研究表明该方法具备优异的导航性能,如果使用900s的观测量和1m2的敏感器,则行星际转移轨道段的位置平均估计误差为2.37km,速度估计误差为0.3m/s。





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