基于UKF和信息融合的航天器自主导航方法

罗楠 许录平 张华

（西安电子科技大学电子工程学院，西安710071）

1 引言

脉冲星是一种高速、稳定自转的中子星，其辐射周期信号的长期稳定度可与铯原子钟媲美，被誉为自然界最稳定的频率基准[1]。美国科学家于1974年首次提出了利用脉冲星进行航天器自主轨道确定，开创了脉冲星导航先河[2]。将脉冲星作为航天器的导航信源有其独特的优点：脉冲星信号是自然存在的，任何时候都可以免费获取；脉冲星分布于整个天空，不同的航天器可以同时进行时间差测量；每颗脉冲星辐射轮廓都是唯一并可预测的；能为近地及星际空间的多种航天器提供导航信息。基于脉冲星辐射定时模型的导航是一种颇具潜力的航天器自主导航方法，它不仅可以脱离地基测控的支持，为近地遥感及深空探测的各种卫星提供长期稳定可靠的自主导航服务，而且能为需要多卫星数据融合的卫星系统提供星座间位置与时间的联合标定。但由于脉冲星信号弱，在目前技术条件下导航精度较低，因此组合不同类型的导航手段，用信息融合方法来完成精确、稳定的导航任务是必要的。

本文在分析星敏感器和脉冲星导航两种不同导航机制的基础上，提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）的信息融合天文自主导航方法。结合两者在导航信息连续性和精确性上的互补优势，一方面用脉冲星提供连续不断的导航信息；另一方面利用星敏感器敏感折射星光，并通过大气对星光折射的数学模型和误差补偿技术精确敏感地平，提高这种组合导航方法的导航精度。……