自主導航與控制系統是實現深空探測器自主管理的重要組成部分。其主要功能是實現在沒有地面站測量的情況下，利用星上敏感器獲取的信息，自主確定探測器的姿態和位置，為深空探測器自主運行提供參考基準，并自主給出控制指令，完成探測器空間狀態的改變。由于無線電通訊傳輸的限制，深空探測任務要求航天器具有自主位置和姿態確定與控制能力。

自主導航與控制技術的研究重點包括：

（1）導航信息獲取與目標特征識別。對于深空探測來說，導航往往缺乏豐富的信息源，只能利用空間中的自然信標來獲取導航信息，主要途徑是利用導航敏感器獲取深空天體目標（例如小行星、衛星等）的光學信息進行導航。而深空中許多天體屬于暗弱目標。

因此需要相機長時間曝光，獲得可用導航圖像，但平臺的運動和姿態指向控制的精度問題會造成圖像的模糊和拖影，給圖像處理和目標識別帶來了困難。因此為了能夠為自主導航系統提供可用的信息，快速確定深空探測器的位置和速度，需對目標特征提取方法、序列圖像處理方法、背景星剔除與目標星識別技術等進行深入研究。

（2）多源信息融合與軌道快速自主估計。深空自主導航最主要的功能是通過獲取的多源導航信息，快速確定深空探測器當前時刻的空間狀態，并給出下一周期內探測器的軌道。目前工程上應用最多的導航濾波器是擴展卡爾曼濾波器，它通過對非線性動力學方程和觀測方程進行線性化，利用卡爾曼最優估計理論進行狀態估計。

雖然其運算量較小，易于工程實現，但線性化過程會引入截斷誤差，精度與穩定性較低。因此對于深空探測器而言，考慮動力學系統非線性特性的前提下，尋找合適的多源信息融合與快速估計方法，以提高探測器狀態的估計精度，盡量降低算法運算負擔，保證自主導航與控制系統實時性與快速性，是該方向的一項主要研究內容。

（3）深空軌道快速規劃與自主機動執行。深空探測器軌道快速規劃與自主機動是指在不依賴地面的情況下，根據導航系統獲得的航天器位置和姿態信息，在軌完成多約束條件下未來某段時間內飛行任務軌道的規劃，并設計機動實施策略，以提高探測器的應急能力，減少探測器對地面的依賴。星上計算資源有限，利用優化算法進行軌道規劃難以在軌實現。

因此通過對優化軌跡的特點進行分析，尋找快速求解生成可行的規劃軌跡是自主導航與控制中必須解決的關鍵問題。如何充分考慮深空探測器動力學以及各種約束，快速實現終端狀態的解耦，生成可行的、易跟蹤的探測任務軌道，是解決深空探測自主軌道控制的關鍵技術。

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