基于脉冲星和火星观测的深空探测器自主导航#刘劲1,2，房建成2，宁晓琳2，吴谨1，康志伟3*51015（1.武汉科技大学信息科学与工程学院，武汉430081；2.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191；3.湖南大学信息科学与工程学院，长沙410082）摘要：为了消除脉冲星星历误差并提高火星探测巡航段末端导航精度，提出了一种基于脉冲星和火星观测的组合导航方法。由于当前测量技术有限，脉冲星星历信息中不可避免地存在误差，此时，X射线脉冲星导航定位精度较低。现有的火星敏感器精度较低，加之基于火星观测的自主导航定位精度与火星和深空探测器之间距离相关，即使在巡航段末端，基于火星观测的自主导航方式精度仍有限，不能满足火星探测需求。鉴于二者的互补性以及导航系统的非线性，将脉冲星星历误差引起的系统偏差作为增广状态，利用扩展Kalman滤波器将二者导航信息融合。与脉冲星导航和基于火星观测的自主导航方法相比，该组合导航方式对脉冲星星历误差和火星敏感器误差具有较强的鲁棒性，且定位精度较高，能满足火星探测的需求。关键词：导航；脉冲星；深空探测；Kalman滤波器；定位中图分类号：V249.3220AutonomousnavigationfordeepspaceexplorerbasedonpulsarandMarsobservationLIUJin1,2,FANGJiancheng2,NINGXiaolin2,WUJin1,KANGZhiwei3(1.CollegeofInformationScienceandEngineering,WuhanUniversityofScienceand2530354045Technology,Wuhan430081;2.SchoolofInstrumentationScience&Opto-electronicsEngineering,BeihangUniversity(BUAA),Beijing100191;3.CollegeofInformationScienceandEngineering,HunanUniversity,Changsha410082)Abstract:InordertoeliminatethepulsarephemeriserrorandimprovethenavigationaccuracyofcruisephasetailendforMarsexplorer,anintegratednavigationmethodbasedonpulsarandMarsobservationisproposed.Subjectedtothecurrentmeasurementtechnology,thereisanunavoidableerrorinthepulsarephemerisinformation.Underthiscondition,thepositioningaccuracyofX-raypulsarnavigationisverylow.SubjectedtothelowaccuracyofMarssensorandthelongdistancebetweentheMarsandthedeepspaceexplorer,theMarsobservation-basednavigationmethod,whoseaccuracyofcruisephasetailendislow,doesnotsatisfytherequirementofMarsexploration.Astwomethodsarecomplementarytoeachother,andthenavigationsystemisnonlinear,anextendedKalmanfilter,wherethesystembiascausedbypulsarephemeriserrorisconsideredastheaugmentstate,isadoptedtofusetheirnavigationinformation.ComparedwiththepulsarnavigationandtheMarsobservation-basednavigation,thisintegratedmethodisrobusttothepulsarephemeriserrorandtheMarssensorerror,anditsaccuracyisveryhigh,whichcansatisfytherequirementoftheMarsexploration.Keywords:Navigation；Pulsar；Deepspaceexploration；Kalmanfilter；Positiondetermination0引言近些年来，火星探测成为各航天大国空间探索的一个热点。而精确实时的导航定位[1]基金项目：国家自然科学基金重点项目（61233005）；高等学校博士学科点专项科研基金（20124219120002）；湖北省教育厅科研计划项目（Q20131110）；武汉科技大学青年科技骨干培养计划项目（2013xz010）作者简介：刘劲(1981.10－)，男，讲师，主要研究方向：自主导航.liujin@wust.edu.cn-1-yvyzvxx112yy1122vys3meyyyyyrrpese3rpmsmrpsrvzzz1zz2Fz1z2zsrrrr3B1w1wBw23是所有深空探测活动的前提和基础。当前，航天器轨道确定由地面站支持。这种导航方式若应用于深空探测，受深空探测器与地球之间距离的影响，存在导航精度...