月球 CubeSat 任务的自主交叉链路无线电导航

本研究提出了一种基于交叉链路 radiometric 测量的自主定轨系统，并应用于未来的月球 CubeSat 任务，以清晰凸显其相对于现有地面导航策略的优势。本工作基于关联自主行星际卫星轨道导航（LiAISON）方法，该方法仅利用星间测量（如距离和/或距离变化率）来估计绝对航天器状态，只要所涉航天器中至少有一个具有尺寸、形状与方向均唯一的轨道。月球附近因非对称引力场而成为此类应用的理想候选：所选月球任务为一颗地球-月球 L2（EML2）Halo 轨道器，其与一颗月球椭圆冻结轨道器之间存在星间链路。仿真结果表明，即使在测量误差较高（约 100 m，1 sigma）的情况下，导航滤波器对 EML2 处航天器真实状态估计的位置误差约 500 m、速度误差约 2 mm/s，而椭圆月球冻结轨道器状态的位置估计误差约 100 m、速度估计误差约 1 cm/s。本研究表明，针对此特定情形，仅距离测量比仅距离变化率测量提供更好的状态估计。还研究了不同的偏差处理策略。研究发现，即使精度较低的距离测量方法（如数据辅助测距）也提供充分的定轨方案。这将简化所选 CubeSat 任务的通信系统设计并。通过可观测性分析，发现最可观测的状态为月球轨道器的位置状态。此外，还针对所选任务场景研究了最佳跟踪窗口。