航天器自主导航与典型案例分析.pdf

航天器自主导航与案例分析 西北工业大学航天学院 罗建军 提 纲 航天自主导航概念与发展现状 国外先进航天器演示计划简介 典型航天器GNC方案分析 ATV项目GNC方案 OE计划项目GNC方案 PRISMA项目GNC方案和演示内容 Orion计划及其GNC方案 一、航天器自主导航的概念和发展现状 ●自主导航定义 指航天器不依赖地面支持，利用星上自备的测量设备实时地确定自己的位 置和速度以及在轨完成飞行任务所要求的导航功能或相关的轨道确定和导航 参数解算。 典型特征：不依赖地面测控、星上自主测量、实时运行、星上闭环控制 。 ●自主导航方法分类 完全依靠星载设备，自主地完成导航任务，与外界不发生任何光、电联系 与外界发生光、电联系，且依赖于人工信标的导航方法 与外界发生光、电联系，但不依赖于人工信标的导航方法 航天器自主导航方法及其特点 类型 方法 特点 导航误差随时间积累，主要应用于航天器机动飞 与外界不发生任 惯性导航 行阶段的导航。 何光、电联系 图像导航 精度高，主要应用于近距离相对导航。 导航卫星 （如GPS， 精度高，技术相对成熟，易受干扰。 GLONASS， 依赖于人工信标 天基信标 GALILEO ） 的自主导航方法 TDRSS 自主 精度与卫星导航相似，费用低，仅限于授权用户 导航系统 使用。 地基信标 精度高，但导航范围有限。 天文导航 自主性强，精度适中；技术复杂，实现难度大。 不依赖于人工信 标的自主导航方 地磁导航 体积小，重量轻，功耗低，但导航精度较差。 法 雷达测高导航 与星敏感器组合，重量、功耗较大。 自主导航的发展需求： 航天器自主导航技术是卫星自主性的一个重要方面，是航天器实现自 主运行的基础，对航天器执行飞行任务具有重要意义，是当今航天科技与 应用优先发展的关键技术之一，也是航天器飞行控制技术发展的趋势。 一方面，随着进入太空的航天器种类和数目的急剧增加，地面站对航天 器进行跟踪、测控和数据处理的负担越来越重，航天器自主导航在减轻地 面测控负担、降低卫星运行费用、提高卫星的生存能力和扩展航天器的应 用潜力等方面具有重要意义。 另一方面，载人航天器和深空探测飞行器的飞行控制，航天器在轨服务 技术的试验和未来的应用、航天器编队飞行技术的应用，更是对航天器自 主导航提出了迫切的需求。 随着航天器测量技术、GNC技术的进展以及星上数据处理与计算功能愈来 愈强大，航天器的自主导航已从需要变为现实。 航天器自主导航的框架 航天器自主GNC系统任务规划与模式切换 航天器自主导航的发展现状： 自主导航是航天器自主运行和高级应用的使能技术。鉴于依赖地面站的 卫星导航存在很大的局限性、卫星自主导航技术在航天器飞行任务中的重要 性和它的军事价值，许多军用航天器要求采用自主导航。 基于星载仪器的航天器自主导航技术的发展历程 时间 自主导航系统名