天文导航基础四PPT学习教案

1、会计学1天文导航基础四天文导航基础四天文导航方法 天文导航基本原理 基于轨道动力学方程的自主导航方法 纯天文几何解析的自主导航方法 深空探测器的自主天文导航 基于射电天文导航原理第1页/共59页第2页/共59页第3页/共59页 由于天体在惯性空间中任意时刻的位置是可以确定的，因此通过航天器观测得到的天体方位信息，就可以确定航天器在该时刻姿态信息。 但是要想空间定位还需要测量近天体的数据，这样才有位置的几何关系。第4页/共59页直接敏感地平的观测模型 第5页/共59页 星光仰角示意图 星光角距示意图 第6页/共59页观测量示意图第7页/共59页几何关系及观测量示意图第8页/共59页几何关系示意图

2、第9页/共59页第10页/共59页一个星敏感器对准从不发生折射的恒星，一个星敏感器对准穿越大气层星光发生折射的恒星 。利用星光折射间接敏感器地平观测示意图基于星光折射的天文导航方法第11页/共59页基于星光折射的天文导航方法第12页/共59页星光折射角与星光切向高度的关系曲线 00lnlnThhHRHC基于星光折射的天文导航方法第13页/共59页星光折射间接敏感器地平几何关系示意图基于星光折射的天文导航方法第14页/共59页基于星光折射的天文导航方法第15页/共59页星光折射观测几何示意图 基于星光折射的天文导航方法第16页/共59页基于星光折射的天文导航方法第17页/共59页水平高度角的示意

3、图 基于星光折射的天文导航方法第18页/共59页星光折射观测位置示意图 基于星光折射的天文导航方法第19页/共59页作业： 写出基于EKF的低轨道卫星（以星光角距作为观测量的直接敏感地平，或者间接敏感地平）自主天文导航系统方程，并进行仿真。 仿真条件： 选择地心赤道惯性坐标系 轨道根数：半长轴： 轨道倾角：65度 偏心率：0度 升交点赤经：30度 近心点角距：30度 星敏感器精度：3秒，红外地平仪精度：度 仿真给出位置误差和速度误差曲线。第20页/共59页确定空间飞行器位置的两根线一次观测确定的位置锥第21页/共59页天文定位原理图第22页/共59页几何解析定位原理图第23页/共59页 如果观

4、测到的恒星少于三颗，则仅利用两颗行星和两颗恒星也可以确定航天器的位置，原理如图：相对惯性座标系的夹角圆锥第24页/共59页航天器对近天体的几何关系第25页/共59页纯天文的导航原理示意图第26页/共59页深空探测器的自主天文导航第27页/共59页深空探测器的自主天文导航第28页/共59页水手9号拍摄的火卫二图像海盗号的天文导航深空探测器的自主天文导航天文导航作为辅助导航手段第29页/共59页水手9号的天文导航海盗号的天文导航深空探测器的自主天文导航第30页/共59页旅行者号的拍摄的海王星及其卫星 深空探测器的自主天文导航第31页/共59页伽利略号拍摄的天文导航图像 深空探测器的自主天文导航第3

5、2页/共59页深空一号的自主天文导航与以前的天文导航对比深空探测器的自主天文导航第33页/共59页深空一号的自主天文导航系统的结构及其与其他系统的关系深空探测器的自主天文导航第34页/共59页深度撞击任务的自主天文导航仪器深空探测器的自主天文导航第35页/共59页深空探测器的自主天文导航第36页/共59页天文导航理论 状态方程的精确建模新型测量原理和相应量测方程的建立先进滤波方法及相应的理论在天文导航中的应用天文组合导航方法深空探测器的自主天文导航第37页/共59页天文导航系统技术在硬件方面，随着现代微电子技术、光电子技术以及MEMS（微机电系统）技术的不断飞跃，深空探测器自主天文导航系统正朝

6、着微小型化、模块化和集成化的方向快速发展。深空探测器的自主天文导航第38页/共59页天文导航仪惯性恒星罗盘美国最新研制的惯性恒星罗盘深空探测器的自主天文导航第39页/共59页基于太阳和行星的天文导航 ；基于恒星观测信息的天文导航方法 ；基于小行星或行星卫星的天文导航；基于脉冲星的天文导航 。深空探测器的自主天文导航第40页/共59页夹角测量 ；图像信息测量；距离测量；视线信息测量；径向速度测量。深空探测器的自主天文导航第41页/共59页恒星仰角行星的视角观测量及观测方程深空探测器的自主天文导航第42页/共59页掩星观测观测量及观测方程深空探测器的自主天文导航第43页/共59页一个近天体和一个远

7、天体间的夹角夹角确定的位置面观测量及观测方程深空探测器的自主天文导航第44页/共59页两个近天体间的夹角两个近天体间的夹角确定位置面观测量及观测方程深空探测器的自主天文导航第45页/共59页月球探测器的天文导航方法第46页/共59页天文导航观测模型月球探测器的天文导航方法第47页/共59页探测器轨道及太阳量测信息月球探测器的天文导航方法第48页/共59页探测器轨道及太阳、地球量测信息月球探测器的天文导航方法第49页/共59页使用观测量有： 恒星星光矢量方向和月心矢量方向间的星光角距； 月心方向矢量和月心距； 测量得到的星-日、星-月、星-地方向矢量。月球探测器的天文导航方法第50页/共59页天

8、文导航的观测模型月球探测器的天文导航方法第51页/共59页星-日、星-月、星-地之间的关系月球探测器的天文导航方法第52页/共59页 射电天文导航技术根基于天文导航系统，其原理和方法与天文导航系统相同。将射电天文学与天文导航技术相结合，既充分运用了射电天文学理论、方法和技术，又充分发挥了星光天文定位、导航原理、方法和技术的优势，是天文导航的又一发展方向。 射电天文导航技术是在对宇宙天体电磁波谱范围内的某些mm或cm波段的射电波内进行探测，较传统的可见光不同的是，射电波不受时域、天气等因素的影响，基本解决了传统星光天文导航系统受天候影响较大，不能全天候工作的问题。 射电天文导航射电天文导航技术是第53页/共59页 基于射电天文导航方法工作的基本流程射电天文导航1.根据系统提供的时间进行当前的导航星体预报。2.将天线对准所要测量的天体区域。3.把射电天体(射电源)的信号从天体区域中检测出来。4.将采集的射电天体信号处理并形成图像，得到天体的射电形象。5.对所看到的天体的反射影像与水天线相切时，采集天体高度角。6.将角度变为电脉冲信号发送到信息处理单元，处理后输入计算机。7.测量星体得到高度角和方位角，经过修正，得到星体的真高度角。8.计算机系统依据高精度的天文导航数学模型进行计算，