自主导航技术发展现状与趋势 被引量：34

1

作者 王巍 邢朝洋 冯文帅 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期11-29,共19页

自主导航技术是各类运动载体自动化、智能化运行的核心技术。简要介绍了自主导航技术的基本概念,综述了国内外航天、航空、舰船、车辆、单兵等领域的自主导航技术研究进展,对于自主导航的关键技术如惯性导航、惯性基组合导航、地磁导航... 自主导航技术是各类运动载体自动化、智能化运行的核心技术。简要介绍了自主导航技术的基本概念,综述了国内外航天、航空、舰船、车辆、单兵等领域的自主导航技术研究进展,对于自主导航的关键技术如惯性导航、惯性基组合导航、地磁导航、重力梯度导航、天文导航和多源信息融合等技术发展现状进行了分析,对自主导航技术的发展趋势进行了展望。可为中国未来各类主流自主导航系统研制提供参考,并为多种自主导航任务的总体设计提供帮助。 展开更多

关键词 自主导航 惯性导航 天文导航 组合导航 多源信息融合

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一种基于UPF的月球车自主天文导航方法 被引量：23

2

作者 宁晓琳 房建成 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期648-653,663,共7页

介绍了月球车自主天文导航原理和传统的迭代解析高度差方法,提出了一种基于月球车运动模型和UPF(Unscented粒子滤波)的自主天文导航新方法。该方法仅需利用由星敏感器和惯性测量单元测量得到的恒星的天体高度,结合月球车的运动模型,通过... 介绍了月球车自主天文导航原理和传统的迭代解析高度差方法,提出了一种基于月球车运动模型和UPF(Unscented粒子滤波)的自主天文导航新方法。该方法仅需利用由星敏感器和惯性测量单元测量得到的恒星的天体高度,结合月球车的运动模型,通过UPF滤波,即可获得高精度的月球车实时位置信息。计算机仿真结果表明该方法与传统方法相比,定位精度有了大幅提高,同时对几个关键的精度影响因素的仿真分析显示该方法可以有效的减弱量测噪声,星历误差等对系统性能的影响,使系统具有更高的适应能力。 展开更多

关键词 深空探测 月球车 自主导航 天文导航

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基于Unscented卡尔曼滤波器的卫星自主天文导航研究 被引量：20

3

作者 张瑜 房建成 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期646-650,共5页

针对星光折射间接敏感地平的卫星自主天文导航方法,建立了带摄动项的状态方程和以星光视高度为观测量的量测方程。由于该状态方程和量测方程都是严重非线性的,利用推广的卡尔曼滤波器进行导航时精度较低。Unscented卡尔曼滤波是一种针... 针对星光折射间接敏感地平的卫星自主天文导航方法,建立了带摄动项的状态方程和以星光视高度为观测量的量测方程。由于该状态方程和量测方程都是严重非线性的,利用推广的卡尔曼滤波器进行导航时精度较低。Unscented卡尔曼滤波是一种针对非线性系统的估计新方法。本文提出将Unscented卡尔曼滤波用于自主天文导航。计算机仿真结果显示Unscented卡尔曼滤波的估计精度远优于推广的卡尔曼滤波。 展开更多

关键词 自主天文导航 星光大气折射 Unscented卡尔曼滤波器

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一种基于信息融合的卫星自主天文导航新方法 被引量：6

4

作者 宁晓琳 房建成 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期579-583,633,共6页

直接敏感地平和利用星光折射间接敏感地平是两种基于天体敏感器的自主天文导航方法,其定位精度主要取决于地平的敏感精度。通常利用红外地平仪直接敏感地平的方法简单、可靠,但精度较低,而近年出现的利用星光折射间接敏感地平的方法精度... 直接敏感地平和利用星光折射间接敏感地平是两种基于天体敏感器的自主天文导航方法,其定位精度主要取决于地平的敏感精度。通常利用红外地平仪直接敏感地平的方法简单、可靠,但精度较低,而近年出现的利用星光折射间接敏感地平的方法精度高,但必须能观测到符合一定条件的折射星,根据上述两种方法的特点,提出了一种基于信息融合的直接敏感地平和利用星光折射间接敏感地平相结合的自主天文导航的新方法,计算机仿真结果表明该方法可以进一步提高系统的精度和可靠性。 展开更多

关键词 信息融合 航天器 自主天文导航 KALMAN滤波

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高空长航时无人机高精度自主定位方法 被引量：13

5

作者 王新龙 马闪 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第B05期39-45,共7页

针对传统基于轨道动力学模型及非线性滤波进行间接敏感地平天文导航定位方法在实际应用中的局限性,提出了一种适用于高空长航时无人机自主导航定位的快速间接敏感地平天文解析定位新方法。分析了星光折射视高度天文量测的机理,导出天文... 针对传统基于轨道动力学模型及非线性滤波进行间接敏感地平天文导航定位方法在实际应用中的局限性,提出了一种适用于高空长航时无人机自主导航定位的快速间接敏感地平天文解析定位新方法。分析了星光折射视高度天文量测的机理,导出天文三维定位的解析表达式,详细阐述了利用最小二乘微分校正法代替非线性滤波的天文定位方法,通过直接求解非线性量测方程组即可得到飞行器的精确位置信息,并对这种定位方法的定位精度进行了理论分析。该天文定位方法利用了星光折射间接敏感地平精度高的特点,又不需要飞行器动力学模型也不需要任何先验知识,算法简单可靠,计算量小,而定位精度与传统方法相当。最后,通过计算机仿真,验证了这种天文定位方法的有效性。 展开更多

关键词 无人机 自主导航 天文导航 星光大气折射 最小二乘估计

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一种深空探测器自主天文导航新方法及其可观测性分析 被引量：8

6

作者 宁晓琳 房建成 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期286-292,共7页

天文导航是一种适用于深空探测器的完全自主的导航方法.与传统的直接利用天体观测信息进行滤波的方法不同,针对深空探测器,提出了一种首先利用天文观测信息通过几何解算得到一个初步的定位结果,再结合轨道动力学方程利用多模自适应(MM)... 天文导航是一种适用于深空探测器的完全自主的导航方法.与传统的直接利用天体观测信息进行滤波的方法不同,针对深空探测器,提出了一种首先利用天文观测信息通过几何解算得到一个初步的定位结果,再结合轨道动力学方程利用多模自适应(MM)滤波方法对初步结果进行再处理的自主天文导航新方法.仿真计算的结果表明,该方法可以明显提高导航定位精度,同时从可观测性和可观测度的角度,分析了应用该方法提高导航定位精度的原因和机理. 展开更多

关键词 自主天文导航 深空探测器 多模自适应 可观测性

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中心差分Kalman滤波方法在X射线脉冲星导航中的应用 被引量：10

7

作者 孙景荣 许录平 +2 位作者 梁逸升 谢振华 倪广仁 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1829-1833,共5页

由于脉冲星脉冲到达时间的测量需要较长时间,基于传统的扩展Kalman滤波的X射线脉冲星定轨方法精度较低。为此,提出了将中心差分Kalman滤波应用于X射线脉冲星导航中,利用中心差分Kalman滤波替代扩展Kalman滤波,通过结合航天器轨道动力学... 由于脉冲星脉冲到达时间的测量需要较长时间,基于传统的扩展Kalman滤波的X射线脉冲星定轨方法精度较低。为此,提出了将中心差分Kalman滤波应用于X射线脉冲星导航中,利用中心差分Kalman滤波替代扩展Kalman滤波,通过结合航天器轨道动力学模型和脉冲星观测信息进行定轨。仿真结果表明,中心差分Kalman滤波方法的定轨精度高于扩展Kalman滤波方法。 展开更多

关键词 自主天文导航 X射线脉冲星 扩展Kalman滤波 中心差分Kalman滤波

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一种基于纯天文观测的火星车自主导航方法 被引量：9

8

作者 宁晓琳 房建成 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期142-147,共6页

提出了一种基于纯天文观测的火星车自主天文导航新方法．该方法仅需利用由星敏感器视场内测量得到的火星卫星(火卫一、火卫二)和某一恒星之间的星光角距,结合火星车的运动模型,通过Unscented粒子滤波方法,即可获得高精度的火星车实时位... 提出了一种基于纯天文观测的火星车自主天文导航新方法．该方法仅需利用由星敏感器视场内测量得到的火星卫星(火卫一、火卫二)和某一恒星之间的星光角距,结合火星车的运动模型,通过Unscented粒子滤波方法,即可获得高精度的火星车实时位置信息,计算机仿真结果表明丁该方法的有效性,同时对几个关键的精度影响因素进行了仿真分析． 展开更多

关键词 深空探测 火星车 自主导航 天文导航

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月球探测器天文导航的遗传粒子滤波方法 被引量：9

9

作者 房建成 宁晓琳 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1273-1276,共4页

天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统.针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化和采样枯竭问题,提出了一种基于遗传算法进行再采样的月球探测器自主天文导航粒子滤波... 天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统.针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化和采样枯竭问题,提出了一种基于遗传算法进行再采样的月球探测器自主天文导航粒子滤波新方法.计算机仿真结果显示了该方法可以有效的克服传统粒子滤波方法的缺点,提高天文导航系统的定位精度. 展开更多

关键词 月球探测 自主天文导航 粒子滤波 遗传算法 扩展卡尔曼滤波

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深空天文自主导航技术发展综述 被引量：9

10

作者 张伟 许俊 +1 位作者 黄庆龙 陈晓 《飞控与探测》 2020年第4期8-16,I0003,共10页

航天器地面无线电导航在深空中面临着信息传输时延长、数据传输率低、天体遮挡等问题,难以满足未来深空探测的导航需求。天文自主导航技术利用天文信息为航天器提供导航支持,可有效提高其在深空中的生存能力及任务执行能力,已成为深空... 航天器地面无线电导航在深空中面临着信息传输时延长、数据传输率低、天体遮挡等问题,难以满足未来深空探测的导航需求。天文自主导航技术利用天文信息为航天器提供导航支持,可有效提高其在深空中的生存能力及任务执行能力,已成为深空导航领域的研究热点。结合国内外深空探测任务及其实际工程需求,首先概述了深空天文自主导航技术发展的现状和特点,进而总结了深空天文自主导航的发展趋势和重点研究内容,最后对深空天文自主导航技术的发展提出了若干建议。 展开更多

关键词 自主导航 天文导航 深空探测 多普勒测速 组合导航

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RJMCMC粒子滤波方法在月球探测器自主天文导航中的应用 被引量：6

11

作者 宁晓琳 房建成 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第B10期39-44,共6页

天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统。针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化等问题,提出了一种将RJMCMC(可逆跳转马尔可夫链蒙特卡罗)算法应用于月球探测器自主天... 天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统。针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化等问题,提出了一种将RJMCMC(可逆跳转马尔可夫链蒙特卡罗)算法应用于月球探测器自主天文导航粒子滤波器中的新方法。计算机仿真结果显示了该方法在加快收敛速度、提高导航定位精度和自适应调整粒子个数方面的有效性和可行性。 展开更多

关键词 月球探测器 自主天文导航 粒子滤波 RJMCMC

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自主天文导航系统中的两种状态方程特性分析 被引量：2

12

作者 田玉龙 房建成 宁晓琳 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2004年第12期1829-1831,1870,共4页

针对天文导航系统所采用的状态方程和量测方程对系统的性能和定位精度的影响,介绍了天文导航中常用的两种状态方程,航天器轨道动力学方程和牛顿受摄运动方程。通过计算机仿真结果分析比较了采用这两种状态方程的自主天文导航系统及其各... 针对天文导航系统所采用的状态方程和量测方程对系统的性能和定位精度的影响,介绍了天文导航中常用的两种状态方程,航天器轨道动力学方程和牛顿受摄运动方程。通过计算机仿真结果分析比较了采用这两种状态方程的自主天文导航系统及其各自的特点和导航性能的差别,为在不同的情况下选用适当状态方程提供参考。 展开更多

关键词 自主导航 天文导航 状态方程

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基于信息融合的自主天文导航方法 被引量：6

13

作者 王鹏 张迎春 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期1001-1006,共6页

直接敏感地平和间接敏感地平是典型的两种自主天文导航方法,直接敏感地平简单可靠,但是由于地球敏感器精度较低,因此导航精度不高;利用星光折射的间接敏感地平精度较高,但是折射星数量有限并且观测时段较短。针对上述两种方法的缺点,提... 直接敏感地平和间接敏感地平是典型的两种自主天文导航方法,直接敏感地平简单可靠,但是由于地球敏感器精度较低,因此导航精度不高;利用星光折射的间接敏感地平精度较高,但是折射星数量有限并且观测时段较短。针对上述两种方法的缺点,提出一种基于信息融合的自主天文导航方法。当观测不到折射星时引入新信息,弥补间接敏感地平自主导航的不足。通过对多种导航模式进行数值仿真与分析,验证所设计方法提高了系统的导航精度和可靠性。 展开更多

关键词 自主天文导航 星敏感器 地球敏感器 信息融合

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一种新的XPNAV系统解脉冲周期模糊算法 被引量：5

14

作者 谢振华 许录平 +1 位作者 郭伟 倪广仁 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第9期2124-2127,共4页

为降低X射线脉冲星导航定位(XPNAV)系统解脉冲周期模糊的复杂度,提高其工程实用性,该文提出一种新的XPNAV系统解脉冲周期模糊算法。以脉冲星自身属性确定的量作为因子,以每次测量的脉冲到达时间差(TDOA)相位余值确定的量作为常数项,基... 为降低X射线脉冲星导航定位(XPNAV)系统解脉冲周期模糊的复杂度,提高其工程实用性,该文提出一种新的XPNAV系统解脉冲周期模糊算法。以脉冲星自身属性确定的量作为因子,以每次测量的脉冲到达时间差(TDOA)相位余值确定的量作为常数项,基于正交原理建立了新的脉冲整周期数关系式。理论分析与仿真实验结果表明,新的解脉冲周期模糊算法可以有效降低系统运算量,且可将脉冲整周期数关系式中的参数项固化入运算系统硬件或存储于处理器的存储单元中,便于工程实现。 展开更多

关键词 自主天文导航 X射线脉冲星 XPNAV 解脉冲周期模糊 正交性原理

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基于恒星光行差效应的地月空间航天器自主导航方法

15

作者 刘付成 李木子 +2 位作者 彭杨 孙俊 刘景熙 《深空探测学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第2期159-168,共10页

为提高地月往返航天器导航效率与在轨生存能力、减小地面测控负担,提出了一种仅利用背景恒星成像观测的地月空间自主导航方法。根据恒星光行差效应建立观测模型,结合轨道动力学模型及扩展卡尔曼滤波(ExtendedKalman Filter,EKF)实现对... 为提高地月往返航天器导航效率与在轨生存能力、减小地面测控负担,提出了一种仅利用背景恒星成像观测的地月空间自主导航方法。根据恒星光行差效应建立观测模型,结合轨道动力学模型及扩展卡尔曼滤波(ExtendedKalman Filter,EKF)实现对航天器轨道状态量的估计。针对识别出的大天体引力场干扰及小视场约束下导航精度下降问题,提出了基于模型预测的大天体引力场处理模型及多视场协同自主导航精度提升方法。Monte-Carlo仿真试验表明,提出的方法可有效修正大行星引力场引起的光线偏折及小视场对导航精度的影响,实现了地月空间长时导航位置精度RMS优于3km,速度精度RMS优于0.2m/s。 展开更多

关键词 光行差 自主导航 天文导航 地月空间

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深空探测器自主天文导航研究进展

16

作者 宁晓琳 杨雨青 +1 位作者 房建成 吴伟仁 《深空探测学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第2期99-108,M0001,M0002,共12页

针对深空探测器自主天文导航的迫切需求,简要介绍了研究现状,总结了其面临的技术问题。针对自主天文导航系统误差来源多且时变的问题,详细阐述了基于扩维滤波和基于差分的误差抑制技术;针对现有自主天文导航方法各有局限性且单独使用难... 针对深空探测器自主天文导航的迫切需求,简要介绍了研究现状,总结了其面临的技术问题。针对自主天文导航系统误差来源多且时变的问题,详细阐述了基于扩维滤波和基于差分的误差抑制技术;针对现有自主天文导航方法各有局限性且单独使用难以满足导航定位要求问题,详细介绍了自主天文组合导航方法。最后对深空探测器自主天文导航方法未来发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 深空探测 自主导航 天文导航 误差抑制 组合导航

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太空战略的“北极星”——深空探测自主导航技术的发展趋势预测 被引量：4

17

作者 王新龙 《学术前沿》 CSSCI 2017年第5期46-53,95,共9页

深空探测是我国太空战略的重要组成部分,是继卫星应用、载人航天之后的又一航天技术发展新领域。传统基于地面测控的航天器导航方式在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制,难以满足深空探测对高精度实时导航的需求。因... 深空探测是我国太空战略的重要组成部分,是继卫星应用、载人航天之后的又一航天技术发展新领域。传统基于地面测控的航天器导航方式在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多方面受到限制,难以满足深空探测对高精度实时导航的需求。因此,本文详细阐述了深空探测器新一代自主导航方法及其关键技术,展望了深空探测自主导航技术发展趋势。最后,分析了在深空探测不同阶段中,自主导航的具体应用方案。可以预见,随着深空探测活动的不断深入,自主导航技术将会得到更大的发展,并将对航天技术本身产生巨大的牵引和带动作用。 展开更多

关键词 深空探测 自主导航 天文导航 脉冲星导航 图像匹配

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基于天文和陆标观测的月球卫星自主导航方法 被引量：4

18

作者 宁晓琳 马辛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1737-1747,共11页

随着我国月球探测工程的开展,为弥补地面测控的局限性,月球卫星的自主导航技术已成为一项亟待解决的关键技术。本文提出了一种基于天文和陆标观测的月球卫星自主导航新方法,该方法利用星上姿态敏感器和有效载荷相机获得天体观测信息和... 随着我国月球探测工程的开展,为弥补地面测控的局限性,月球卫星的自主导航技术已成为一项亟待解决的关键技术。本文提出了一种基于天文和陆标观测的月球卫星自主导航新方法,该方法利用星上姿态敏感器和有效载荷相机获得天体观测信息和陆标观测信息,通过非线性Unscented滤波方法进行信息融合,实现了二者的优势互补,在提高精度的同时也提高了可靠性。同时针对传统导航姿态估计方法中欧拉角存在奇点,四元数及其误差滤波更新后不能同时满足约束条件的问题,采用了先进的四元数-广义Rodrigues参数姿态估计方法,该方法用四元数描述姿态,用广义Rodrigues参数描述姿态误差,自适应跟踪误差变化,尤其适用于初始姿态误差大且误差特性不确定的姿态估计问题。仿真结果表明该方法可提供包括位置、速度和姿态在内的全部导航参数,且具有较高的估计精度,是一种非常适于月球卫星的高精度自主导航方法。 展开更多

关键词 月球卫星 自主导航 天文导航 陆标导航

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基于X射线脉冲星的自主天文导航技术 被引量：1

19

作者 乔黎 刘建业 +2 位作者 贺亮 郑广楼 熊智 《航天控制》 CSCD 北大核心 2008年第6期86-89,共4页

随着天文观测技术的发展,一类在X射线频段发出辐射的脉冲星显示了良好的导航特质,由此发展了一种全新的基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法。该方法通过探测X射线脉冲星发出的周期性脉冲信号进行导航,有别于传统的光学、射电天文导航... 随着天文观测技术的发展,一类在X射线频段发出辐射的脉冲星显示了良好的导航特质,由此发展了一种全新的基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法。该方法通过探测X射线脉冲星发出的周期性脉冲信号进行导航,有别于传统的光学、射电天文导航。本文综述了基于X射线脉冲星自主导航技术,介绍其由来、发展历程、国内外研究现状,并对当前围绕该导航技术开展的研究工作进行了详细的分析,最后总结了需要进一步研究的若干问题。 展开更多

关键词 X射线脉冲星 XNAV 自主导航 天文导航

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一种基于太阳震荡时间延迟量测的自主天文导航方法 被引量：2

20

作者 宁晓琳 桂明臻 +2 位作者 孙晓函 刘劲 吴伟仁 《深空探测学报》 2019年第1期88-95,共8页

太阳震荡可以在短时间内引起太阳光强度和光谱线心波长的剧烈变化,通过探测太阳光强度和光谱线心波长并记录时间,可以获得直接接收的太阳光到达时间和经天体反射的太阳光到达时间之间的时间延迟,可以利用时间延迟作为量测量提供航天器... 太阳震荡可以在短时间内引起太阳光强度和光谱线心波长的剧烈变化,通过探测太阳光强度和光谱线心波长并记录时间,可以获得直接接收的太阳光到达时间和经天体反射的太阳光到达时间之间的时间延迟,可以利用时间延迟作为量测量提供航天器的位置信息。提出了一种基于太阳震荡时间延迟量测的自主天文导航方法;建立了基于时间延迟的隐式量测模型,并应用了IUKF方法。仿真结果表明:本文所提出的导航方法,应用在转移轨道上的位置误差和速度误差分别约为3.55 km和0.077 m/s,环绕轨道分别为1.76 km和1.57 m/s。同时也研究了3种因素对导航性能的影响。 展开更多

关键词 自主导航 天文导航 太阳震荡 时间延迟 IUKF

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