第22卷第4期 2014年4月
文章编号
1004924X(2014)04-086307
光学精密工程
Optics and Precision Engineering
Vol.22No.4
Apr.2014
利用火星卫星光学测量实现火星探测器自主导航
马鹏斌1.2*，宝音贺西1*，沐俊山3
（1.清华大学航天航空学院，北京100084；2.字航动力学国家重点实验室，
陕西西安710043；3.中国卫星海上测控部，江苏江阴214431）
摘要：以火星探测为例，提出了通过对火星卫星进行光学测量实现火星探测器自主导航的方法。该方法在火星探测器上搭载光学相机，在飞向火星过程中对火星天然卫星（Phobos，火卫一；Deimos，火卫二)拍摄带有恒星背景的图像；通过恒星位置确定精确的惯性指向，利用得到的光学观测数据完成对火星探测器的自主导航。分别给出了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)进行自主导航的方法和伤真计算结果。数据显示；EKF和UKF得到的结果基本一致，说明EKF在线性化过程中损失精度并不多。在航段后半程，与火星距离越近，导航精度越高。距离火星（1～5)X 10°km时，取数据间隔为1min，如果测量精度为0.1"，导航精度可达10~100km量级，速度精度为0.01m/s量级；如果测量精度为1”，导航精度也相应要低一个量级，另外，单独使用火卫二的导航精度要高于单独使用火卫一，联合使用火卫一和火卫二的精度最高。仿真计算结果表明，利用火星卫星光学测量的火星探测器自主导航，可满足火星探测器高精度导航的要求。
关键词：火星探测器，火星卫呈，光学测量；自主导航
中图分类号：V476.4；V448.2
文献标识码：A
doi;10. 3788/OPE, 20142204. 0863
AutonomousnavigationofMarsprobebasedon
opticalobservationofMartianmoon MA Peng-bini-2- ,BAOYIN He-xi'' ,MU Jun-shan
(l.Schoolof Aerospace,TsinghuaUniversity,Beijing 100084,China; 2.StateKeyLaboratoryofAstronauticsDynamics，Xian710043,China;
3.ChinaSatelliteMaritimeTrackingandControlDepartment,Jiangyin214431,China)
Correspondingauthor,E-mail;baoyin@tsinghua.edu.cn
Abstract: By taking Mars probing for an example, an autonomous navigation method for a Mars probe based on the optical observation of Martian moon is proposed. By carrying the Mars probe on an opti-cal camera, the method uses the camera to take the images for natural satellites of the Mars (Phobos, Deimos)and their backgrounds in the process of flying to Mars. The star position is used to determine precisely inertial pointing, then, the autonomous navigation of Mars is completed by obtained right ascension and declination data from optical observation.The sequential estimation algorithms based on Extended Kalman Filter(EKF) and Unscented Kalman Filter(UKF)are given. The results show that
收稿日期：2013-06-24；修订日期：2013-08-14，
基金项目：国家973重点基础研究发展计划资助项目（No.2012CB720004）；国家自然科学基金资助项目（No.
11372150)