CN105387861A - 采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航*** - Google Patents

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孙俊
彭杨
刘宗明
谭龙玉
王兆龙
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Abstract

本发明提供了一种采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***，包括航天器动力学目标计算机、星载导航解算及轨道递推计算机、大动态暗弱目标成像敏感器、多天体星模拟器以及结果显示计算机。本发明通过大动态暗弱目标成像敏感器观测行星、行星卫星以及恒星自然天体信息，获取航天器高精度导航信息的***，采用空间多种自然天体信息进行导航解算，可适用于太阳系内所有航天器，覆盖范围广；采用大动态暗弱目标成像敏感器对自然天体信息观测，抗干扰性佳；采用自适应高精度多体动力学与高精度图像提取技术，所以本发明自主导航***的精度更相比常规有所提高。

Description

采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***
技术领域
本发明涉及空间高精度自主导航研究领域，特别涉及一种采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***。
背景技术
随着航天任务广泛性和复杂性的不断提高，对航天器自主导航***抗干扰、长航时、广覆盖及高精度的需求迫切。
通常航天器的自主导航包含基于人造卫星信息源的自主导航、基于惯性仪表信息源的自主导航以及基于自然信标信息源的自主导航。其中卫星信息源目前主要为GNSS星座，其导航方式抗干扰性欠缺、空间的覆盖性欠缺；基于惯性仪表的导航方式，由于惯性器件误差随时间不断积累，对于长航时飞行的航天器精度难以保证。
基于自然信标信息源的导航方式，目前主要包含地平仪复合恒星敏感器、紫外敏感器复合恒星敏感器、基于天体光学测量以及X射线脉冲星的导航方式。其中地平仪复合恒星敏感器和紫外敏感器复合恒星敏感器导航方式空间覆盖性欠缺；基于天体光学测量的导航方式抗干扰能力强，导航误差不具备积累性，适用范围广，但导航精度有待提高；基于X射线脉冲星的导航方式受目前观测星库不全、观测时间过长等因素的限制，短期内实现难度较大。这使得航天器在空间自主运行的能力受到影响。
发明专利内容
为了解决常规空间自主导航***抗干扰性欠缺、空间覆盖性欠缺、长航时性差、导航精度差的问题，本发明提供了一种采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***。
采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***，包括航天器动力学目标计算机、星载导航解算及轨道递推计算机、大动态暗弱目标成像敏感器、多天体星模拟器以及结果显示计算机,航天器动力学目标计算机的一个输出端与多天体星模拟器相连，用于给多天体星模拟器提供航天器自身轨道以及姿态的输入量，使得多天体星模拟器可以输出航天器所在轨道以及姿态的星图信息；另一个输出端与结果显示计算机相连，用于给结果显示计算机提供航天器动力学信息作为导航精度比较的标称值；多天体星模拟器的输入端与动力学目标计算机相连，输出端与大动态暗弱目标成像敏感器相连，多天体星模拟器输出航天器所在轨道以及姿态的星图信息，大动态暗弱目标成像敏感器接收星图信息；大动态暗弱目标成像敏感器的输入端与多天体星模拟器相连，输出端与星载导航解算及轨道递推计算机相连，星载导航解算及轨道递推计算机的输入端与大动态暗弱目标成像敏感器相连，输出端与结果显示计算机相连，结果显示计算机接收航天器的位置速度信息与航天器动力学的位置速度信息，将两者进行比较，观察该套导航***的精度情况。
与现有技术相比，本发明专利具有如下的有益效果：
(1)本发明采用空间多种自然天体信息进行导航解算，可适用于太阳系内所有航天器，覆盖范围广；
(2)本发明采用大动态暗弱目标成像敏感器对自然天体信息观测，抗干扰性佳；
(3)本发明采用自适应高精度多体动力学与高精度图像提取技术，所以本发明自主导航***的精度更相比常规有所提高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明专利的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***的***框架图。
图2为本发明实施例采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***的导航方式实现原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明专利进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明专利，但不以任何形式限制本发明专利。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明专利的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***，包括航天器动力学目标计算机1、星载导航解算及轨道递推计算机4、大动态暗弱目标成像敏感器3、多天体星模拟器2以及结果显示计算机5,航天器动力学目标计算机1的一个输出端与多天体星模拟器2相连，用于给多天体星模拟器提供航天器自身轨道以及姿态的输入量，使得多天体星模拟器可以输出航天器所在轨道以及姿态的星图信息；另一个输出端与结果显示计算机5相连，用于给结果显示计算机提供航天器动力学信息作为导航精度比较的标称值；多天体星模拟器2的输入端与动力学目标计算机1相连，输出端与大动态暗弱目标成像敏感器3相连，多天体星模拟器输出航天器所在轨道以及姿态的星图信息，大动态暗弱目标成像敏感器接收星图信息；大动态暗弱目标成像敏感器3的输入端与多天体星模拟器2相连，输出端与星载导航解算及轨道递推计算机4相连，星载导航解算及轨道递推计算机4的输入端与大动态暗弱目标成像敏感器3相连，输出端与结果显示计算机5相连，结果显示计算机接收航天器的位置速度信息与航天器动力学的位置速度信息，将两者进行比较，观察该套导航***的精度情况。
本具体实施由航天器动力学目标计算机向多天体星模拟器输入航天器的轨道以及姿态信息，多天体星模拟器根据输入信息，输出该时刻航天器所能观测的自然天体信息，大动态暗弱目标成像敏感器对自然天体信息(行星、行星卫星以及恒星)进行观测，并且将拍摄的照片传递到星载导航解算及轨道递推计算机，星载导航解算及轨道递推计算机一方面要完成对自然天体信息的高精度质心提取，并得出观测量信息进行解算，另一方面要给出高精度的轨道递推初值。星载导航解算及轨道递推计算机导航解算出航天器的状态信息，把状态信息传递到结果显示计算机。结果显示计算机同时也接收航天器动力学信息作为标称值，两者进行比较可获得该套导航***的导航精度。
本具体实施中大动态暗弱目标成像敏感器3的输出端与星载导航解算及轨道递推计算机4相连。在接收星图信息之后，星载导航解算及轨道递推计算机首先通过轨道递推获得航天器的初值信息，之后对得到的视图信息进行复杂背景下暗弱星体有效检测与高精度质心提取，获得至少三颗恒星6、7、8、一颗行星9、一颗行星卫星10的质心信息，与航天器11质心连线形成矢量信息如图2所示，通过大动态暗弱目标成像敏感器得到恒星6星光矢量和行星卫星10位置矢量在航天器11本体坐标系中的方向，从而确定一个位置圆锥，该圆锥的顶点位于行星卫星10，轴向指向恒星6，观测另外两颗恒星，同样方法得到另外两个圆锥，这三个圆锥相交于一条位置线，航天器位于这条线上，利用同样的方法观测行星9，同样确定一个圆锥，由行星卫星与行星的星历，可得到行星卫星与行星之间的相对位置，因此可确定唯一的圆锥底面，形成的圆锥底面与位置线的交点即航天器的位置，结合高精度的动力学模型进行滤波处理，得到航天器的速度信息。
以上对本发明专利的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明专利并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明专利的实质内容。

Claims (1)

1.采用大动态暗弱目标成像敏感器的多天体观测自主导航***，其特征在于：包括航天器动力学目标计算机(1)、星载导航解算及轨道递推计算机(4)、大动态暗弱目标成像敏感器(3)、多天体星模拟器(2)以及结果显示计算机(5),航天器动力学目标计算机(1)的一个输出端与多天体星模拟器(2)相连，使得多天体星模拟器可以输出航天器所在轨道以及姿态的星图信息；另一个输出端与结果显示计算机(5)相连，多天体星模拟器(2)的输入端与动力学目标计算机(1)相连，输出端与大动态暗弱目标成像敏感器(3)相连，多天体星模拟器输出航天器所在轨道以及姿态的星图信息，大动态暗弱目标成像敏感器接收星图信息；大动态暗弱目标成像敏感器(3)的输入端与多天体星模拟器(2)相连，输出端与星载导航解算及轨道递推计算机(4)相连，星载导航解算及轨道递推计算机(4)的输入端与大动态暗弱目标成像敏感器(3)相连，输出端与结果显示计算机(5)相连。
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