深空探测是继卫星应用、载人航天之后航天技术发展的重要方向，也是一个国家综合国力的重要标志。目前深空探测器主要靠地球上的深空测控网进行遥测遥控。由于深空探测器距地球遥远、飞行速度快、运行时间长，地面测控在导航精度、实时性、覆盖性、可靠性等诸多均方面受到限制，因此自主导航已经成为国际上深空探测领域的重要研究方向。天文导航作为一种完全自主的导航方式已经被应用于深空一号、深度撞击等深空探测任务中，是深空探测器自主导航的研究热点之一。

深空探测器从发射到入轨，要经历发射段、转移段、捕获段等多个阶段，而捕获段是其中至关重要的阶段。其导航精度和可靠性直接决定整个任务的成败。由于在捕获段，目标天体星历误差，质心提取误差等引起的量测误差随深空探测器与目标天体距离的快速变化而呈现时变特性，且误差统计特性难以确定，因此会导致深空探测器天文导航滤波器精度下降甚至发散。

针对上述深空探测器捕获段天文导航量测模型噪声时变带来的精度下降问题，论文“Recursive adaptive filter using current innovation for celestialnavigation during the Mars approach phase”(SCIENCE CHINA Information sciences 2017第3期)提出了一种基于当前时刻的新息来调节量测噪声误差方差阵（R）的递归自适应滤波方法。该方法通过将当前时刻的状态视为上一时刻的状态一步预测值和量测量的函数，利用最小二乘估计得到当前时刻状态的加权最小二乘估计值，进而根据贝叶斯理论得到基于当前时刻新息的调节因子值。

该文以1997年NASA发射的探路者号探测器轨道为例，对所提自适应滤波方法进行了仿真分析，仿真结果表明深空探测器在捕获段的位置误差为4km，速度误差为0.65m/s可以满足捕获段的任务要求。此外，该文还将所提方法与传统的UKF，Sage-Husa滤波，利用新息序列的自适应滤波方法的仿真结果进行了比较，结果显示与传统UKF相比，所提自适应滤波方法的位置精度提高15%；与Sage-Husa滤波结果相比，位置精度提高6%；与估计窗口值为100的利用新息序列的自适应滤波方法相比，位置精度提高10%，这表明在仅利用当前时刻的新息数据的基础上所提方法能有效抑制量测模型噪声时变对导航结果的影响。

该研究得到了国家自然基金（61233005，6150303），国家973计划项目（2014CB744202）的支持。

更多详情请阅原文：

Ning X, Li Z, Wu W, et al. Recursiveadaptive filter using current innovation for celestial navigation during theMars approach phase [J]. SCIENCE CHINA. Information sciences. 2017, 60. 032205. doi:10.1007/s11432-016-0405-2

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCIS/doi/10.1007/s11432-016-0405-2?slug=abstract