【摘 要】
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传统的天文导航方法中太阳光谱通常用于多普勒测速,然而太阳发生耀斑或黑子等活动时,太阳光谱会发生动态变化,这降低了测速导航精度。为了解决该问题,太阳光差分导航方法被提出,并受到广泛关注。其中,太阳光多普勒差分测速导航方法基于直射光和反射光两路光子的多普勒速度差进行差分测速。太阳光到达时间差方法基于直射光和反射光两路光子的到达时间差进行差分测距。这两种差分导航方法均解决了因太阳光不稳定而导致的光学误差
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传统的天文导航方法中太阳光谱通常用于多普勒测速,然而太阳发生耀斑或黑子等活动时,太阳光谱会发生动态变化,这降低了测速导航精度。为了解决该问题,太阳光差分导航方法被提出,并受到广泛关注。其中,太阳光多普勒差分测速导航方法基于直射光和反射光两路光子的多普勒速度差进行差分测速。太阳光到达时间差方法基于直射光和反射光两路光子的到达时间差进行差分测距。这两种差分导航方法均解决了因太阳光不稳定而导致的光学误差。然而,太阳光差分导航方法仍有未解决的误差因子,故进一步研究太阳光差分导航的误差因子对于提高该导航系统的精度具有重要意义。在以太阳、目标天体、航天器构成的太阳光差分导航系统中,测量模型的精度直接决定着航天器是否能成功完成探测任务。太阳直射光谱和反射光谱是差分导航测量模型的关键测量信息,引起太阳光谱变化的因子会降低测量模型精度。为此,论文分析了两大影响太阳光谱变化进而影响导航精度的几何误差因子—光照反射率和目标天体运动引起的多普勒频移,并做了相应的工作:（1）以火星为目标天体,提出了太阳光差分导航的光照反射率分析模型。在太阳、火星、航天器构成的太阳光差分导航系统中,受几何形状的约束,火星表面针对太阳表面光子的反射率是变化的,这会影响差分导航精度。为此,通过积分和立体几何分析推导出太阳表面任意光子对应的光照反射率计算式,从而构建了光照反射率分析基本模型。为了降低该基本模型的计算复杂度,经优化计算出可由反射率最大值和反射率最小值模拟出的光照反射率分析简化模型。仿真实验表明,光照反射率主要受太阳光差分导航系统中几何分布参数的影响,其分析模型可为太阳光差分导航精度计算提供依据。（2）以月球为目标天体,分析了太阳光差分导航的反射光随月球运动产生的多普勒频移。由于月球的运动,反射光从发出到被航天器接收会发生多普勒频移,这影响了对接收光谱的分析。为了分析月球运动引起的多普勒频移分布情况,首先分析不同月球转轴下的反射点运动速度,并依据反射体运动的多普勒频移原理推出月球表面任一反射点运动引起的多普勒红移值计算式,进而通过实验仿真月球运动引起的反射光的多普勒频移分布。实验表明航天器-月球距离,太阳-月球-航天器夹角,月球运动速度影响着多普勒频移分布,这一结果可对太阳光差分导航测量模型中反射光的分析提供补偿。
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