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Autonomous optical navigation using the space object catalog
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AI
DOI：10.1016/j.actaastro.2026.09.014.png)
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摘要
En 中文
空间操作、碎片数量和安全威胁的增加，使得对能够独立于全球导航卫星系统（GNSS）运行的抗毁伤定位、导航和授时（PNT）能力的需求日益增长。基于视觉的导航方法在相对导航中表现出色，但通常假设已知观测者状态、合作目标、视场中的持久物体或多观测者配置。本文提出了一种基于纯方位测量的自主“失联在空间”绝对轨道确定流水线，用于编目在轨航天器（RSO）的编目。其核心思想是利用对可见RSO的光学方位角测量，结合存储在星上的编目星历，作为导航信标，以获得完全独立于全球导航卫星系统（GNSS）测量的自主定位和导航解。引入的新颖性体现在三个基本功能模块：（1）一种高效的“失联在空间”编目匹配（CAM）算法，用于在没有先验观测者位置知识的情况下关联视线测量与编目物体；（2）一种基于多历元匹配的批处理轨道确定（BOD）方法用于轨道初始化；（3）一种基于无味卡尔曼滤波的序贯轨道确定（SOD）方案用于随时间优化观测者轨道。该方法在高质量仿真环境中进行了验证，以评估其对动力学、编目和传感不确定性的鲁棒性。结果表明，可实现可靠的“一次完成”编目匹配，轨道初始化在几分钟内完成，并在几小时内收敛至亚千米级精度，在收敛时间和导航精度方面均优于之前的基于视觉的解决方案。总体而言，这项工作展示了抗毁伤光学导航的强大新战略能力，并为未来航天资产更安全可靠的发展铺平了道路。
Keyword:
Resilient position navigation and timing
FALCON
Resident space objects
Space situational awareness
Autonomous navigation
