深空探测器非线性约束自主天文导航系统的误差抑制方法研究

Deep space exploration is an important area of the world space activities, which is an expression of national comprehensive strength and has great significance for the development of national science and technology, economic development and social progress. Autonomous celestial navigation for deep space exploration is one of the key technologies to guarantee the implementation of the deep space exploration missions. For the upcoming Mars missions and the demand for real-time high-precision autonomous navigation, aiming at the three key scientific problems, which are nonlinear constrained optimization based on global optimization, the suppression of Gaussian random noise，the suppression of non-ideal non-Gaussian random noise, this project carries out the research of Gaussian error and non-Gaussian error suppression methods with multiple constrains to enhance the accuracy of the autonomous navigation system.

深空探测是世界航天活动的重要领域，是一个国家综合实力的体现，对国家科技发展、经济建设、社会进步具有十分重要的意义。深空探测自主天文导航是深空探测任务的核心关键技术之一。本项目以深空探测器实时高精度自主天文导航为研究目标，针对实现研究目标所面临的主要误差：高斯随机误差和非高斯随机误差，根据深空探测器自主天文导航系统的非线性等式或不等式约束特性，凝练本项目待解决的三大科学问题：基于全局最优的的非线性约束规划、非线性约束系统中高斯随机误差的抑制、非线性约束系统中非高斯随机噪声的抑制；根据所凝练的科学问题研究深空探测器非线性约束自主天文导航系统的非线性约束规划方法、深空探测器非线性约束自主天文导航系统的高斯随机误差抑制方法、深空探测器非线性约束自主天文导航系统的非高斯随机误差抑制方法，最终实现深空探测器非线性约束自主天文导航系统的实时高精度导航。

本项目面向我国2020年“天问一号”火星探测任务，针对影响导航精度的非高斯随机误差，根据深空探测自主天文导航系统量测量非线性约束条件，提出了基于非线性不等式约束优化的深空探测器非线性自主天文导航系统的误差抑制方法，提高了深空探测器自主天文导航系统的导航精度。2016-2020年共发表论文10篇，其中SCI论文8篇，授权国家发明专利1项，受理国家发明专利5项。培养博士后1人，博士研究生2人，硕士研究生5人，5人获北京航空航天大学研究生优秀学术论文奖。项目研究成果获国防技术发明一等奖1项（北航排名第1，上海卫星工程研究所排名第4）。项目研究成果已应用于我国“天问一号”火星探测器导航子系统的研制中，有力保障了“天问一号”火星探测器首次捕获制动。