526232-1航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb.152023Vol.44No.3ISSN1000-6893CN11-1929/V基于扩维QLEKF的脉冲星/星间定向组合导航熊凯*，魏春岭，李连升，周鹏北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室，北京100094摘要：面向星座卫星高精度自主导航技术需求，设计了一种融合X射线脉冲星和星间定向观测信息的组合导航方法。通过X射线探测器获得脉冲到达时间观测量，照相观测星相机和星间链路设备获得星间相对位置矢量观测量，设计导航滤波器对观测量进行处理，估计参与导航的星座卫星的运动状态。针对地球星历误差影响组合导航性能的问题，将地球相对于太阳系质心的位置扩充为状态向量，设计了扩维扩展卡尔曼滤波器，利用敏感器观测量对导航所需的地球位置矢量进行实时估计，从而削弱地球星历误差的影响。进而，针对滤波器参数选取影响状态估计精度的问题，设计了一种Q学习扩展卡尔曼滤波器（QLEKF），主要思路是利用Q学习方法的决策能力，自适应地选择适当的滤波器参数以改善估计性能。数学仿真结果表明，所提方法能够有效减小地球星历误差对星座自主导航的影响，取得优于传统滤波算法的定位精度。关键词：X射线脉冲星导航；星历误差；扩展卡尔曼滤波器；Q学习；卫星星座中图分类号：V324.2+4文献标识码：A文章编号：1000-6893（2023）03-526232-13卫星星座是为完成特定空间任务而协同工作的多颗卫星。作为卫星星座的典型代表，北斗卫星导航系统承担国家时空基准建立与维持、定位导航授时信息播发等关键任务。在未来相当长的时间内，将作为国家综合定位导航和授时（Positioning，NavigationandTiming，PNT）体系的核心空间基础设施，服务于国民经济发展和国防建设。卫星星座系统除了要求实现很高的定位精度外，还要求具有较强的长期自主运行能力。尽管基于地面测控的导航定位系统具有精度高、技术成熟等优点，但该导航方式主要依赖外部人造信标进行工作，从一定程度上削弱了星座系统的自主性。不依赖地面测控的自主导航技术是新一代星座系统的研究重点之一。脉冲星是宇宙空间中以稳定的周期高速自转的中子星，被誉为“宇宙中的灯塔”“自然界最精确的天体钟”。X射线脉冲星导航系统基于在航天器上配置的X射线探测器，测量脉冲星辐射的以稳定周期变化的光子信号，提取脉冲到达时间（TimeofArrival，TOA）观测量，经过数字信号处理实现航天器自主PNT［1-4］。X射线脉冲星导航是一项极具发展潜力的技术，其可行性已通过在轨试验得到...
