【摘 要】
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在实现了火星着陆探测后,火星采样返回将是下阶段火星探测的重点。火星采样返回流程复杂,在火星表面起飞、上升和交会等阶段都面临着复杂的动力学环境,各阶段的高精度自主导航技术成为了保证火星采样返回任务成功实施的关键。本文以我国未来的火星采样返回任务为背景,分别对火星表面起飞前初始对准、火星上升段和交会段的高精度自主组合导航技术进行了研究。首先,将下降时拍摄的图像与火星点云地图进行匹配,提取光学测量信息,
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在实现了火星着陆探测后,火星采样返回将是下阶段火星探测的重点。火星采样返回流程复杂,在火星表面起飞、上升和交会等阶段都面临着复杂的动力学环境,各阶段的高精度自主导航技术成为了保证火星采样返回任务成功实施的关键。本文以我国未来的火星采样返回任务为背景,分别对火星表面起飞前初始对准、火星上升段和交会段的高精度自主组合导航技术进行了研究。首先,将下降时拍摄的图像与火星点云地图进行匹配,提取光学测量信息,基于非线性滤波技术将其与星敏感器测量的星光矢量信息、无线电测量的距离速度信息以及IMU的测量信息进行融合,发展出基于星敏感器/无线电/光学/IMU测量的火星上升器位置姿态初始化方法;仿真结果表明,该方法能够准确估计出上升器起飞前的初始位置与姿态,并计算出惯性器件的常值偏差,为修正IMU初始误差提供了参考。接着,研究了基于无线电/IMU/FADS测量的上升段组合导航方法。该方法利用三个轨道器与上升器之间的无线电测量信息,以及FADS测量的上升器气动参数,作为导航外部测量信息对上升过程中的飞行器进行状态估计。为消除滤波预设参数不准确的影响,使用自适应的无迹卡尔曼滤波对过程噪声和观测噪声进行实时更新,取得了比传统无迹卡尔曼滤波算法更好的导航效果。最后,研究了基于CCD相机/IMU和CCD/IMU/激光测距的交会段自主相对导航方法,在仿真实验中将两种组合导航方案进行对比分析,为火星交会段相对导航的最优组合导航方案选取提供了参考。
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