光谱红移自主导航新方法.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第2期文章编号：1006—1630(2013)02—0032—02光谱红移自主导航新方法张伟1、2，陈晓1、2，尤伟1、2，张嵬1、2，方宝东1、2(1．深空探测实验室，上海200240；2．上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：提出了一种基于太阳系天体光谱红移测量的自主导航新方法。以太阳系天体作为光源和信息源，由实时光谱红移测量值获得航天器在惯性坐标系中的飞行速度，实现航天器的自主导航。与现有自主导航方法相比，该法不依赖地面无线电信息，无需引入航天器轨道动力学，具有高度自主、简单易行、无时延等优势，在深空探测领域

2、有广阔的应用前景，并可为近地卫星的自主导航提供参考与借鉴。关键词：深空探测；光谱红移；自主导航中图分类号：TN967．1文献标志码：ANewAutonomousNavigationMethodBasedonRedshiftZHANGWeil～，CHENXia01一，YOUWeil一，ZHANGWeil～，FANGBao—don91’2(1．LaboratoryofDeepSpaceExploration，Shanghai200240，China；2．ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstr

3、act：Anewautonomousnavigationmethodbasedonthecelestialbody’sredshiftofsolarsystemwasputforwardinthispaper．Theflyingvelocityofthespacecraftintheinertialcoordinatesystemwasgainedbytherealtimemeasurementoftheredshiftwhenthecelestialbodyinthesolarsystemwasservedasthelightandinformationsource．Theme

4、thodproposedwouldnotbedependedonthegroundradioinformationandnoneedtointroducetheorbitdynamic，whichhadadvantagesofhighautonomous，easytorealizeandnodelaycomparedwiththepresentautonomousnavigationofthespacecraft．Themethodwouldbeappliedindeepspaceareaandprovidethereferencefortheautonomousnavigati

5、onofthenear-earthsatellite．Keywords：Deepspaceexploration；Redshift；Autoautonomousnavigation0引言进入21世纪以来，深空探测领域越来越受到全球的关注。美国、俄罗斯、欧洲、日本相继公布了各自的深空探测计划，深空探测正成为国际航天活动的新热点。2010年，我国也启动了深空探测计划，并提出了我国开展深空探测工程的长远目标和发展重点。深空探测涉及到的基础共性技术包括深空导航、深空通信、动力推进等，其中自主导航是最基本且至关重要的问题之一[1。4]。狭义上，导航是指精确地确定航天器的位置速度和姿态，广义

6、上还包括航天器状态方程出现的所收稿日期：2013—03—08作者简介：张伟(1971一)，男，博士，研究员，主要研究方向为深空探测器总体和飞行器控制技术。有未知参数以及所有通过观测信息能估计的目标天体参数和空间环境参数等。在深空探测领域，航天器的自主导航是指不依赖外界支持，航天器实时确定自身位置和速度的能力。由于实现自主导航对提高航天器的自主运行、自主管理和在轨生存能力，以及扩展空间的应用有重要意义，因此对航天器自主导航能力的要求更迫切。目前，航天器导航方法主要有地面无线电导航、惯性导航、天文导航等，这些方法各有其特点和适用范围。在深空探测应用中，其局限性主要是或需要地面站支持，

7、不具备自主性，或需引入航天器轨道动力学，导致大量星上复杂计算。这些局限性使深空自主导航的实现更困难，因此亟待在导航新方法上有所突破。对资源受限的深空航天器，若能充分利用深空第30卷2013年第2期张伟，等：光谱红移自主导航新方法飞行过程中自然存在、长期稳定、易于检测的信息源实现导航，则可有效解决上述问题，更好地满足深空自主导航需求。在深空环境中，太阳及太阳光是航天器可方便获取并可利用的重要资源。因此，本文基于光谱红移，对一种利用太阳系光谱红移特性作为信息源的自主导航新方法进行了研