面向地月卫星编队自主导航的偏差感知跟踪窗口优化

《Advances in Space Research》：Bias-Aware Tracking Window Optimization for Autonomous Navigation of Cislunar Satellite Formations

　　

Erdem Turan|Stefano Speretta|Eberhard Gill

摘要

随着对月球探索的兴趣日益增加，高效且成本合理的导航方法变得愈发重要。传统上，基于地面的放射性测距一直是航天器导航的主要方式，尤其是对于地球以外的任务。而卫星间跟踪技术则无需持续的地面支持，就能实现航天器的轨道确定功能。本研究旨在优化环月卫星编队的卫星间跟踪时间，以提高其自主导航性能。跟踪窗口的时机至关重要，因为选择最具信息量的观测时段能够显著提升轨道确定的精度，并降低保持轨道所需的成本。系统性的测量偏差也带来了额外的挑战，因此需要精心安排跟踪时间以减轻这些偏差的影响。为了解决这一问题，我们采用了粒子群优化算法，在考虑偏差约束的前提下确定最优的跟踪计划。研究结果表明，即便在参数设置不理想的情况下，这种算法也能生成近乎最优的跟踪计划，其效果优于均匀分布的观测策略——该目标函数是轨道确定误差与保持轨道成本加权后的结果。经过优化的跟踪计划在任务周期内呈不规则分布，这体现了其对不断变化的几何条件及不确定因素的适应性。这种方法不仅提升了自主导航的精度，降低了保持轨道的成本，还有助于以更经济的方式设计环月卫星编队，从而提高地球以外卫星运行的可行性。