2026年航天器导航技术试卷

2026年航天器导航技术试卷考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：2026年航天器导航技术试卷考核对象：航天工程、相关专业研究生及行业从业者题型分值分布：-判断题（20分）-单选题（20分）-多选题（20分）-案例分析（18分）-论述题（22分）总分：100分---一、判断题（共10题，每题2分，总分20分）1.卫星导航系统（GNSS）的定位精度主要受多路径效应和电离层延迟影响。2.航天器相对导航中，基于脉冲星的时间同步精度可达纳秒级。3.惯性导航系统（INS）在长时间运行时会累积显著的漂移误差。4.星基增强系统（SBAS）通过地面站修正卫星信号，提升全球覆盖精度。5.航天器自主定轨主要依赖星敏感器与惯性测量单元（IMU）的融合。6.惯性导航系统的比力计输出直接反映航天器的加速度变化。7.卫星导航接收机的载波相位测量精度高于码相位测量。8.航天器轨道机动时，导航系统需实时调整测量模型以补偿非保守力影响。9.多普勒频移效应是航天器相对导航中的关键物理基础。10.星间激光通信（SSL）可替代传统GNSS实现高精度相对导航。二、单选题（共10题，每题2分，总分20分）1.下列哪种导航系统属于无源定位技术？A.卫星导航系统（GNSS）B.惯性导航系统（INS）C.多普勒导航系统D.脉冲星导航系统2.航天器轨道根数（ORB）更新中，主要修正项是：A.轨道摄动B.星上时钟误差C.推进器燃料消耗D.太阳活动扰动3.INS系统在短时运行中误差累积的主要来源是：A.温度漂移B.比力计标度因子误差C.角速度计零偏D.陀螺仪随机游走噪声4.GNSS接收机采用码相关技术的主要目的是：A.提高定位精度B.增强抗干扰能力C.减少信号处理延迟D.降低功耗5.航天器自主定轨中，星敏感器的主要功能是：A.测量相对速度B.观测太阳位置C.提供绝对姿态参考D.计算轨道摄动6.SBAS系统通过以下哪种方式提升定位精度？A.增加卫星数量B.地面站差分修正C.调整卫星轨道高度D.优化信号调制方式7.INS与GNSS组合导航中，主要解决的问题是：A.时间同步B.位置误差累积C.信号衰减D.载波相位模糊度8.航天器相对导航中，以下哪种技术依赖激光测距？A.多普勒雷达B.星间激光通信（SSL）C.卫星激光测高D.GNSS载波相位差分9.航天器轨道机动时，导航系统需重点考虑：A.星上时钟稳定性B.非保守力补偿C.信号延迟修正D.载波相位模糊度10.INS系统在长时间运行中误差累积的主要原因是：A.陀螺仪标度因子漂移B.比力计零偏C.角速度计随机游走噪声D.星上计算机故障三、多选题（共10题，每题2分，总分20分）1.卫星导航系统（GNSS）的主要误差来源包括：A.电离层延迟B.多路径效应C.星上时钟误差D.载波相位模糊度E.推进器不对称喷气2.INS与GNSS组合导航的优势是：A.提高短期定位精度B.增强抗干扰能力C.补偿GNSS信号盲区D.减少误差累积E.降低功耗3.航天器自主定轨中，可利用的观测数据包括：A.星敏感器数据B.GNSS伪距测量C.轨道根数残差D.星间激光测距E.推进器喷气脉冲4.SBAS系统的主要技术特点有：A.地面站差分修正B.区域覆盖限制C.载波相位测量D.实时定位更新E.高动态补偿5.INS系统误差补偿方法包括：A.温度补偿B.标度因子校准C.零偏估计D.随机游走滤波E.星上时钟同步6.航天器相对导航中，可用的技术手段有：A.多普勒雷达B.星间激光通信（SSL）C.GNSS载波相位差分D.脉冲星导航E.无线电测距7.GNSS接收机的主要功能包括：A.信号捕获B.载波相位测量C.星历解算D.伪距测量E.星上时钟校正8.航天器轨道机动中，需重点考虑的导航问题有：A.非保守力补偿B.时间同步精度C.轨道根数更新D.信号延迟修正E.载波相位模糊度9.INS系统在短时运行中误差较小的原因是：A.比力计标度因子误差小B.角速度计零偏稳定C.星上计算机精度高D.无外部干扰E.陀螺仪随机游走噪声低10.航天器自主定轨的局限性包括：A.依赖初始轨道精度B.受限于星上计算资源C.需频繁GNSS辅助D.无法处理长期误差累积E.对星敏感器依赖度高四、案例分析（共3题，每题6分，总分18分）1.案例背景：某地球观测卫星搭载GNSS接收机和INS，在低地球轨道（LEO）运行时，GNSS信号受电离层延迟影响显著，而INS在机动后出现约5m的定位误差累积。假设卫星轨道高度500km，运行周期90分钟，请分析：（1）电离层延迟对定位精度的影响范围（以米为单位）；（2）INS误差累积的主要来源及短期（1小时）误差估计方法；（3）提出组合导航方案以提升定位精度。2.案例背景：某深空探测器在火星轨道运行，需实现厘米级相对导航以对接着陆器。现有技术条件包括：-星间激光测距精度±1cm；-GNSS信号不可用；-INS误差累积率10cm/h。请回答：（1）若仅使用星间激光测距，如何计算相对速度？（2）结合脉冲星导航可否实现自主定轨？若可，需解决的关键问题是什么？（3）提出组合导航方案，并说明相对导航与绝对导航的协同机制。3.案例背景：某SBAS系统覆盖亚太地区，地面站采用差分修正技术，修正内容包括：-电离层延迟：±5ns；-星历误差：±2m；-接收机钟差：±10ns。假设用户接收机在山区（多路径效应系数0.3），请回答：（1）SBAS系统修正后的定位精度（以米为单位）；（2）多路径效应对定位精度的影响机制；（3）若山区用户需更高精度，可采取哪些辅助技术？五、论述题（共2题，每题11分，总分22分）1.论述题：试论述惯性导航系统（INS）在航天器导航中的核心作用及其误差来源。结合实际案例，说明INS与GNSS组合导航的优势及典型应用场景。2.论述题：试论述航天器自主定轨技术的发展现状及面临的挑战。结合星敏感器、脉冲星导航等技术，分析未来自主定轨系统的关键技术方向。---标准答案及解析一、判断题1.√；GNSS定位精度受电离层延迟（约10-15m）和多路径效应（可达20m）影响显著。2.√；脉冲星导航利用脉冲星周期稳定性实现纳秒级时间同步，精度可达0.1-1ns。3.√；INS误差随时间累积，比力计零偏和陀螺仪漂移是主要来源，短期误差可达厘米级。4.√；SBAS通过地面站修正电离层延迟、星历误差和接收机钟差，提升定位精度至亚米级。5.√；星敏感器提供高精度姿态参考，结合IMU实现自主定轨，精度可达0.1°。6.√；SBAS通过地面站差分修正技术，消除区域性误差，覆盖范围可达2000km。7.√；INS与GNSS组合可利用GNSS修正INS误差累积，实现高精度、长时基定位。8.√；星间激光通信（SSL）通过激光测距实现航天器间高精度相对导航，精度可达厘米级。9.√；多普勒频移效应是相对导航的基础，通过测量多普勒频移计算相对速度。10.×；SSL可辅助相对导航，但无法替代GNSS，需结合其他技术实现自主导航。二、单选题1.D；脉冲星导航利用脉冲星周期稳定性实现无源定位，无需地面站支持。2.A；轨道摄动是轨道根数更新的主要修正项，包括太阳、月球引力及非保守力影响。3.B；比力计标度因子误差会导致长期误差累积，短期误差主要来自零偏和随机游走噪声。4.A；码相关技术通过匹配码相位实现高精度测距，提升定位精度至亚米级。5.C；星敏感器提供绝对姿态参考，用于修正IMU姿态误差，实现自主定轨。6.B；SBAS通过地面站差分修正技术，消除区域性误差，提升定位精度。7.B；组合导航主要解决INS误差累积问题，通过GNSS修正INS位置误差。8.B；SSL利用激光测距实现航天器间高精度相对导航，精度可达厘米级。9.B；轨道机动时需补偿非保守力（如太阳辐射压），否则会导致轨道根数误差。10.A；陀螺仪标度因子漂移是长期误差的主要来源，会导致INS误差累积。三、多选题1.A,B,C,D；电离层延迟、多路径效应、星上时钟误差和载波相位模糊度是GNSS主要误差来源。2.A,B,C,D；组合导航可提升短期定位精度、增强抗干扰能力、补偿GNSS盲区、减少误差累积。3.A,B,D,E；星敏感器数据、GNSS伪距、星间激光测距和推进器喷气脉冲可用于自主定轨。4.A,C,D,E；SBAS通过地面站差分修正、载波相位测量、实时更新和高动态补偿实现区域覆盖。5.A,B,C,D；INS误差补偿方法包括温度补偿、标度因子校准、零偏估计和随机游走滤波。6.A,B,C,D；多普勒雷达、SSL、GNSS载波相位差分和脉冲星导航均可用于相对导航。7.A,B,C,D；GNSS接收机功能包括信号捕获、载波相位测量、星历解算和伪距测量。8.A,B,C,D；轨道机动需考虑非保守力补偿、时间同步精度、轨道根数更新和信号延迟修正。9.A,B,D,E；短期运行时误差较小因比力计标度因子误差小、零偏稳定、无外部干扰、随机游走噪声低。10.A,B,C,E；自主定轨依赖初始轨道精度、受限于计算资源、需频繁GNSS辅助、对星敏感器依赖度高。四、案例分析1.解析：（1）电离层延迟影响：电离层延迟ΔR≈2.5×10⁴×f⁻¹.5×√(h)m，其中f为频率（1.5GHz），h为高度（500km）。ΔR≈2.5×10⁴×(1.5)⁻¹.⁵×√500≈25m。（2）INS误差累积：短期误差估计：ΔP≈ω×t²/2≈(10cm/h)×(1h)²/2≈5m。主要来源：比力计零偏和陀螺仪漂移。（3）组合导航方案：-短时GNSS辅助INS，消除短期误差；-长时GNSS修正INS误差累积；-结合星敏感器修正姿态误差。2.解析：（1）相对速度计算：Δv≈c×ΔR/t，其中c为光速（3×10⁸m/s），ΔR为激光测距差（1cm），t为测量周期（1s）。Δv≈3×10⁸×0.01/1≈3km/s。（2）脉冲星导航：可自主定轨，需解决：-脉冲星周期测量精度；-星上计算资源限制；-长期误差累积补偿。（3）组合导航方案：-星间激光测距提供相对速度；-脉冲星导航补充时间同步；-GNSS辅助长期修正。3.解析：（1）SBAS修正后精度：总误差≈√(ΔR²+Δρ²+Δtc²)≈√(5²+2²+10²)≈11m。多路径效应影响：ΔP≈0.3×11≈3.3m。最终精度≈11+3.3≈1