關(guān)于自主導(dǎo)航技術(shù)在深空探測(cè)中的應(yīng)用研究

陳玲玲

摘 要：自主導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于深空探測(cè)中，能夠大幅度的提升深空探測(cè)器的生存能力，幫助深空探測(cè)器完成探測(cè)任務(wù)，有效降低地面測(cè)控的負(fù)擔(dān)，因此如何實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航技術(shù)在深空探測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家科學(xué)研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)今我國(guó)的火星探測(cè)工作已經(jīng)開(kāi)展，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，還會(huì)計(jì)劃其他行星、衛(wèi)星的探測(cè)方案，因此實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)中自主導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用極為重要?；诖吮疚膶?duì)深空探測(cè)自主導(dǎo)航控制技術(shù)的發(fā)展價(jià)值和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：自主導(dǎo)航技術(shù);深空探測(cè)器

引言

2007年10月我國(guó)成功發(fā)射的嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了中華民族多年以來(lái)的探月夢(mèng)想，2013年12月我國(guó)成功發(fā)射的嫦娥三號(hào)衛(wèi)星，首次實(shí)現(xiàn)了月球表面的軟著陸，同時(shí)還在月球中首次釋放了我國(guó)“月兔”巡勘車(chē)輛，對(duì)月球表面進(jìn)行全面勘察，在獲取月球物質(zhì)成分的同時(shí)還傳回了有關(guān)月球數(shù)據(jù)圖像。在深孔探測(cè)中應(yīng)用自主導(dǎo)航技術(shù)，能夠有效處理由于通信延時(shí)所帶來(lái)的危害，利用自主導(dǎo)航技術(shù)來(lái)對(duì)探測(cè)器故障進(jìn)行有效處理，有效探測(cè)器的生存機(jī)率。

一、深空探測(cè)自主導(dǎo)航控制技術(shù)

自古至今，人民群眾一直有想要探索宇宙星空的念頭，深空探測(cè)方式就是人們探索宇宙的主要方式。在利用深空探測(cè)器進(jìn)行天體探測(cè)時(shí)，不可避免的會(huì)遇到飛行距離較遠(yuǎn)的問(wèn)題，倘若科學(xué)研究者僅僅依靠地面測(cè)控的方法進(jìn)行探測(cè)器操控，會(huì)導(dǎo)致許多特殊任務(wù)無(wú)法有效完成。因此提升深空探測(cè)的自主導(dǎo)航控制技術(shù)的發(fā)展水平，能夠讓深空探測(cè)器在失去與地面通信的前提下，能夠繼續(xù)按照軌道進(jìn)行運(yùn)行，同時(shí)采用自主導(dǎo)航技術(shù)還能有效降低地面通信檢測(cè)的負(fù)擔(dān)，降低維護(hù)運(yùn)行成本。

二、深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

（一）光學(xué)導(dǎo)航敏感器技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)是深空探測(cè)器必不可少的敏感器技術(shù)。深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于光學(xué)部件的精確度和靈敏度有著極為嚴(yán)苛的要求，因此光學(xué)敏感器技術(shù)水平的提升，能夠有效提升深空官學(xué)敏感器的應(yīng)用價(jià)值。

（二）深空導(dǎo)航信息的獲取和處理技術(shù)的應(yīng)用

深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)就是精確的導(dǎo)航測(cè)量信息，因此要想提升自主導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，就要保證導(dǎo)航測(cè)量信息的質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用光學(xué)圖像導(dǎo)航技術(shù)，選用圖像處理算法，能夠有效提升導(dǎo)航測(cè)量信息的精確度，保證深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的自主導(dǎo)航性能。

（三）自主導(dǎo)航過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用

深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的航算核心就是自主導(dǎo)航過(guò)濾技術(shù)，由于在深空環(huán)境中存在著極多無(wú)法預(yù)知的不確定風(fēng)險(xiǎn)，因此需要應(yīng)用自主導(dǎo)航過(guò)濾技術(shù)，充分考慮可能遇到因素對(duì)信息處理影響程度，繼而提升深空探測(cè)器的生存率。

（四）自主導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

深空探測(cè)器在探測(cè)目標(biāo)天體過(guò)程中，需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的飛行時(shí)間，在此漫長(zhǎng)的飛行過(guò)程中，深空探測(cè)器會(huì)遭遇到多種不同的深空飛行環(huán)境，因此需要自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)選擇不同的導(dǎo)航方式進(jìn)行有效控制，進(jìn)而保證深空探測(cè)器能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的到達(dá)目標(biāo)天體。

（五）軌道控制技術(shù)的應(yīng)用

深空探測(cè)器在開(kāi)展深空探測(cè)任務(wù)時(shí)，需要利用軌道控制技術(shù)對(duì)深空探測(cè)器的運(yùn)行軌道進(jìn)行控制，對(duì)深空探測(cè)器的姿態(tài)進(jìn)行定向，由于深空探測(cè)器工作環(huán)境的特殊性，因此需要保證軌道控制技術(shù)的自主控制水平，避免深空探測(cè)器在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生危險(xiǎn)。

三、深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航軟件集成化和模塊化的發(fā)展趨勢(shì)

深空探測(cè)計(jì)劃中，由于發(fā)射任務(wù)的不同，探測(cè)器需要經(jīng)歷的階段并不相同，但其導(dǎo)航手段存在相似地方，如需要大多數(shù)探測(cè)器需要提取分析導(dǎo)航信息、需要解析導(dǎo)航參數(shù)、對(duì)導(dǎo)航性能進(jìn)行評(píng)估等等，因此探測(cè)器所用的算法流程大多存在相同之處。通過(guò)構(gòu)建高度集成化和模塊化的自動(dòng)導(dǎo)航軟件，能夠有效降低探測(cè)器的研發(fā)周期，通過(guò)提升自動(dòng)導(dǎo)航軟件的科技水平，來(lái)提升自動(dòng)導(dǎo)航軟件的可靠性，在此基礎(chǔ)上，能夠有效降低軟件研發(fā)成本，降低科研人員的研究工作量。

在深空探測(cè)技術(shù)發(fā)展水平不斷提升的背景下，空間探測(cè)任務(wù)對(duì)于深空探測(cè)器的要求更為嚴(yán)苛，不僅需要深空探測(cè)器實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和小型化，同時(shí)還需要深空探測(cè)器實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗以及高精度的標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能保證深空探測(cè)器能夠有效提升敏感器的環(huán)境適應(yīng)性，繼而保證深空探測(cè)器能夠有效面對(duì)復(fù)雜多變的深空環(huán)境。

（二）實(shí)現(xiàn)多源異質(zhì)信息有效融合的發(fā)展趨勢(shì)

隨著深空探測(cè)器導(dǎo)航技術(shù)的科技發(fā)展水平不斷提升，因此星敏感器、X探測(cè)器等此類(lèi)傳感器被廣泛應(yīng)用，其深空探測(cè)器的導(dǎo)航方式開(kāi)始朝多樣化的趨勢(shì)發(fā)展。不同傳感器的測(cè)量原理和輸出信息頻率等存在著差異性，因此實(shí)現(xiàn)多源異質(zhì)信息的有效融合，能夠構(gòu)建統(tǒng)一的信息融合理論，將不同傳感器中輸出的信息有效進(jìn)行讀取和分析，實(shí)現(xiàn)傳感器應(yīng)用價(jià)值，提升探測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（三）實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)器故障自動(dòng)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

組合導(dǎo)航系統(tǒng)，并不是詞意上的將各個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，而是通過(guò)將所有參與測(cè)量導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信息，以導(dǎo)航計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，形成有效的有機(jī)整體。通過(guò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，來(lái)進(jìn)行誤差矯正，進(jìn)而優(yōu)化導(dǎo)航結(jié)果。在深空探測(cè)過(guò)程中，探測(cè)器中的導(dǎo)航設(shè)備常常會(huì)由于在極為復(fù)雜的深空環(huán)境，導(dǎo)致自主導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致深空探測(cè)器無(wú)法再次進(jìn)行有效航行。基于此，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中深空探測(cè)器的自主導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)向故障自動(dòng)檢測(cè)的方向發(fā)展，一旦檢測(cè)出系統(tǒng)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自我修復(fù)，進(jìn)而確保深空探測(cè)任務(wù)的順利實(shí)施。

總結(jié)

隨著深空探測(cè)任務(wù)難度升級(jí)，國(guó)外的深空探測(cè)器經(jīng)歷了地面控制階段、半控制階段以及自護(hù)控制階段。在國(guó)外深空探測(cè)航空器發(fā)展歷程中可以了解到，自主導(dǎo)航技術(shù)能夠有效減輕地面控制的壓力，能夠有效規(guī)避地面遙控的弊端，對(duì)深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展有著極大的影響。為此，我國(guó)需要加強(qiáng)對(duì)深空探測(cè)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)力度，為未來(lái)的載人深空探測(cè)的奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]梁洪峰，褚鵬蛟，王永芳，茹阿昌，王振華.通過(guò)全球?qū)＠治隹瓷羁仗綔y(cè)自主導(dǎo)航與控制技術(shù)發(fā)展[J].導(dǎo)航與控制，2017，16（03）：91-9 6.

[2]王新龍.太空戰(zhàn)略的“北極星”——深空探測(cè)自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].人民論壇·學(xué)術(shù)前沿，2017（05）：46-53+95.

[3]王密，鄭興輝，程宇峰，陳曉.火星探測(cè)巡航段與捕獲段光學(xué)自主導(dǎo)航方案與關(guān)鍵技術(shù)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2016，41（04）：434-442.

[4]葉飚，楊博.一種強(qiáng)跟蹤非線(xiàn)性衰減濾波的環(huán)月自主導(dǎo)航方法研究[J].航天控制.2009（03）

[5]岳富占，徐瑞，張池平，崔平遠(yuǎn).NASA深空探測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化.2002（05）