星际编队光学实验：初始操作与飞行结果

本文 presented Starling Formation-Flying Optical Experiment（StarFOX）初次飞行结果，展示了小型航天器群体的基于光学唯一样位导航。StarFOX 是 NASA Starling 任务的核心载荷，由于 2023 年发射的四个小卫星组成。以往的唯一样位飞行演示仅包含一个观察者和目标，依赖于对目标轨道的先验知识进行初始化，对目标距离进行平移机动，并依赖外部绝对轨道更新来维持收敛。StarFOX 通过应用唯一样位绝对轨迹测量系统（ARTMS），该系统整合了三种新算法，克服了上述局限性。图像处理检测并跟踪每个卫星相机图像中的多个目标。批量轨道确定从偏航角批次计算初始编队轨道估计。顺序轨道确定利用无迹卡尔曼滤波器对编队状态估计进行时间上的细化。通过星际链路共享的多观察者测量被无缝融合，以实现绝对和相对轨道确定。StarFOX 飞行数据首次展示了卫星编队的自主唯一样位导航，包括多目标和多观察者相对导航；对未知目标的导航自主初始化；以及同时进行绝对和相对轨道确定。在严苛的测量条件下，单观察者的相对定位不确定性达到目标距离的 1.3%（1$\sigma$），多观察者情况下降至 0.6%（1$\sigma$）。结果表明该方法在后续 StarFOX 任务 campaign 以及唯一样位导航未来分布任务中的表现具有前景。