基于星光角距的月球探测器地月转移轨道天文导航研究.docx

摘要

首先推导了基于星光角距观测值的月球探测器天文导航方法的观测方程；然后根据月球车的运动模

型建立了系统状态方程，并利用扩展卡尔曼滤波方法建立了天文导航模型；最后对月球探测器的地

月转移轨道段飞行进行了模拟，分析了仿真结果。

Abstract

This article first establishes the observation equation of celestial navigation of the

lunar probe based on observations of the starlight angle. Next, a systematic state

equation is established according to motion model of the lunar probe, then the

model of celestial navigation is achieved by extended Kalman filter. Last, a transfer

celestial navigation; observations of the starlight angle; lunar probe

译

月球是距离人类最近的星体，是开展深空探测的首选目标。而且月球具有可供人类开发和利用的独

特资源，这些资源是对地球资源的重要补充和储备。我国于 2013-12-02 发射了嫦娥三号卫星，

首次实现了月球软着陆和月面巡视勘察。嫦娥五号卫星也即将发射。这些探测活动对月球探测器的

位置信息提出了更高的精度要求。

天文导航是指通过观测天体来确定探测器位置和速度的导航方法。它具有自主能力强、不受时空限

制、不依赖于地面且不受大气影响的优点，是一种重要的自主导航方法，在国内外各个领域得到了

广泛应用

[1-5]

。深空探测中由于飞行距离过远可能产生难以接受地面站信息的问题，天文导航可以

方程和扩展卡尔曼滤波模型的建立，以及地月转移轨道段月球探测器的导航实验进行研究。

1 解算模型推导

基于星光角距观测值的月球探测器天文导航方法通过对星光角距观测值进行计算，得到月球探测器

的位置以及速度信息。通过星敏感器识别星光，通过地球敏感器得到探测器与地球的关系，将这两

部分信息转化到探测器本体坐标系中，得到每个时刻的星光角距观测值，星光角距观测值的含义如

图 1 所示。