深空探測任務(wù)中小行星導(dǎo)航與建模關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、深空探測是人類探索外太空，認(rèn)知宇宙，近距離觀測天體的重要途徑。深空探測器從發(fā)射到逐漸接近目標(biāo)，實現(xiàn)對目標(biāo)天體的交會飛掠、撞擊或著陸探測，需要完成遠(yuǎn)距離、長時間的航天飛行。由于各個飛行階段的空間環(huán)境、觀測條件、運行軌跡不同，環(huán)境未知因素多且復(fù)雜，航天器的自主生存能力，即地面不參與導(dǎo)航的情況下自主完成軌道確定和控制、姿態(tài)定位及目標(biāo)跟蹤等任務(wù)的能力，逐漸成為深空探測航天飛行任務(wù)中探測器不可或缺的條件。
　　在深空探測巡航段，光學(xué)自主導(dǎo)航

2、一般都以小行星作為導(dǎo)航信標(biāo)星，而導(dǎo)航信標(biāo)星的篩選將直接影響導(dǎo)航的精度。在接近交會段，將目標(biāo)天體作為導(dǎo)航觀測量，目標(biāo)天體的質(zhì)心提取精度會影響接近段任務(wù)的執(zhí)行精度。深空探測的目標(biāo)是行星，小行星，或者彗星等，探測的形式包括飛掠成像，撞擊，采樣等，利用這些觀測數(shù)據(jù)可以完成對深空天體的深入研究。針對以上問題，本文從深空探測光學(xué)自主導(dǎo)航涉及到的關(guān)鍵技術(shù)著手，主要進行以下三方面的工作：
　?。?）自主光學(xué)導(dǎo)航巡航段導(dǎo)航信標(biāo)星選取方法研究。為了提

3、高導(dǎo)航精度，需要優(yōu)化選取導(dǎo)航信標(biāo)星。基于小行星篩選的一般準(zhǔn)則，以火星為目標(biāo)，結(jié)合火星探測軌道的設(shè)計，給出了絕對星等、小行星與太陽距離、太陽相角、探測器與小行星距離和視線夾角等可量化的選取最優(yōu)小行星組合的準(zhǔn)則。用這些準(zhǔn)則對小行星進行在軌二次篩選，得到最優(yōu)導(dǎo)航信標(biāo)星組合。最后進行了數(shù)學(xué)仿真，仿真結(jié)果表明，在軌二次篩選方法選出的導(dǎo)航信標(biāo)星，導(dǎo)航精度更高。
　?。?）小行星探測接近段光學(xué)自主導(dǎo)航觀測量的提取方法研究。用光線追蹤系統(tǒng)生成目標(biāo)

4、天體圖像，對圖像加入一定強度的高斯白噪聲，模擬深空探測接近段星圖的生成過程。對圖像去噪、閾值分割后，采用帶閾值的質(zhì)心提取算法和帶閾值平方加權(quán)質(zhì)心算法提取目標(biāo)質(zhì)心，與真實的質(zhì)心位置進行比較，得出閾值平方加權(quán)質(zhì)心算法具有更高的精度。
　　（3）在探測器對目標(biāo)天體飛掠段利用光學(xué)圖像對目標(biāo)天體表面特性分析方法研究?；阪隙鸲柦咏w掠小行星4179過程中拍攝到的高分辨率可見光圖像，細(xì)化了雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)在光線追蹤系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)角度，改變了小行星