目前深空探測任務(wù)大多應(yīng)用光學(xué)成像敏感器進(jìn)行觀測，光學(xué)導(dǎo)航信息的獲取與處理是一項(xiàng)核心技術(shù)，其主要包括三個(gè)方面：圖像預(yù)處理技術(shù)、高精度形心提取技術(shù)和亞像素處理技術(shù)。圖像預(yù)處理的目的是去除圖像的噪聲，保證目標(biāo)之間的對比度。由于光學(xué)成像敏感器自身存在缺陷并且電子設(shè)備噪聲也會(huì)引入圖像噪聲點(diǎn)，這些噪聲點(diǎn)都會(huì)改變目標(biāo)天體之間的強(qiáng)度對比，影響后續(xù)的圖像處理結(jié)果；在星圖成像過程中，諸多的噪聲因素會(huì)影響質(zhì)心定位的精度，以及星圖質(zhì)心中心的提取精度，這些都會(huì)影響敏感器最終的測量精度。

深空復(fù)雜環(huán)境下，探測器缺乏地面站有利支持，探測精度、可靠性及生存能力受到嚴(yán)重制約，任何單一傳感器很難對環(huán)境有準(zhǔn)確的描述。因此，需要將信息融合處理算法引入到自主導(dǎo)航中，利用多個(gè)傳感器獲得的多種信息特性，從而獲得對環(huán)境或?qū)ο筇卣鞲妗⒄_的認(rèn)識。信息融合算法是一種能夠同時(shí)利用多種觀測信息，并通過信息融合將他們有效地結(jié)合起來的導(dǎo)航算法。根據(jù)對敏感器觀測數(shù)據(jù)處理方式的不同，可分為批量處理算法和遞推處理算法兩種。

批量處理算法從原理上說是根據(jù)某時(shí)刻得到的一批觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的迭代運(yùn)算得到下一時(shí)刻的最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)。探測器初始軌道的確定經(jīng)常用批處理算法，深空1號利用最小二乘的批量處理算法估計(jì)了探測器的軌道參數(shù)；遞推處理算法通過實(shí)時(shí)觀測實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，并通過數(shù)據(jù)處理得出新的估計(jì)數(shù)據(jù)。該算法通常用在軌道觀測實(shí)時(shí)處理階段。

自主導(dǎo)航與控制的仿真驗(yàn)證技術(shù)。由于深空探測是一項(xiàng)歷時(shí)久、風(fēng)險(xiǎn)大、成本高的一項(xiàng)大型工程，尤其是一些載人的深空探測任務(wù)。因此，在計(jì)劃實(shí)施之前，需要對所設(shè)計(jì)的導(dǎo)航控制方案的有效性、可行性和實(shí)用性進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，以提高任務(wù)成功概率，節(jié)約成本，更是對航天人員生命安全的保障。

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的深空探測自主導(dǎo)航與控制方案的有效性、可行性和實(shí)用性，必須針對深空天體探測任務(wù)的特點(diǎn)，建立完善的地面仿真試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，也是深空探測自主導(dǎo)航與控制技術(shù)能夠轉(zhuǎn)入工程實(shí)施的基礎(chǔ)和前提。這就需要構(gòu)建完善的星座數(shù)據(jù)庫、模擬探測器的實(shí)際飛行運(yùn)動(dòng)環(huán)境以及構(gòu)建完善的仿真系統(tǒng)可行度評價(jià)體系。

深空探測自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢

提高導(dǎo)航軟件的集成化和模塊化。深空探測計(jì)劃中，由于每次發(fā)射任務(wù)的探測器所要完成的任務(wù)不同，一些探測器會(huì)經(jīng)歷巡航段、目標(biāo)捕獲段、飛越段、環(huán)繞段和著陸段等，而一些探測任務(wù)探測器只經(jīng)歷其中一部分階段。這些探測任務(wù)特點(diǎn)不同，但是導(dǎo)航手段卻有著相似之處。例如提取分析導(dǎo)航信息、解算導(dǎo)航參數(shù)、補(bǔ)償校正誤差以及評估導(dǎo)航性能等，所用算法和流程都是相同或相似的。因此，未來高度集成化和模塊化的導(dǎo)航軟件是發(fā)展的必然趨勢，這不僅可以縮短研發(fā)周期、減少工作量，而且可以降低成本、提高軟件的可靠性。

提高小型化傳感器的環(huán)境適應(yīng)性。隨著深空探測技術(shù)的不斷發(fā)展，空間任務(wù)更強(qiáng)調(diào)規(guī)模化、小型化、高精度、低成本和低功耗。因此，微型化、高精度、高環(huán)境適應(yīng)性是未來的深空導(dǎo)航敏感器的主要發(fā)展方向。此外，由于深空環(huán)境是復(fù)雜多變的，空間中的等離子體、高能粒子、空間輻射及振動(dòng)、溫度變化等空間因素?zé)o法準(zhǔn)確預(yù)測，會(huì)直接影響傳感器正常工作，因此，提升敏感器環(huán)境適應(yīng)性也是自主導(dǎo)航技術(shù)中一個(gè)重要的發(fā)展方向。

實(shí)現(xiàn)多源異質(zhì)信息融合。隨著深空探測器導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，越來越多的導(dǎo)航方式被引入，有效的傳感器也越來越多，比如星敏感器、攝像機(jī)、慣性器件、X探測器等。這些不同傳感器測量原理不同、輸出的信息頻率不同以及輸出時(shí)間不同步等。多源異質(zhì)信息融合旨在任何環(huán)境下，建立統(tǒng)一的信息融合理論，將這些不同傳感器的信息進(jìn)行融合，甚至實(shí)現(xiàn)傳感器的即插即用功能。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建復(fù)雜環(huán)境下的多源異質(zhì)信息融合性能評估準(zhǔn)則，進(jìn)一步優(yōu)化融合算法和系統(tǒng)導(dǎo)航方案。

實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)檢測。組合導(dǎo)航并不是簡單地將各種導(dǎo)航系統(tǒng)集合在一起，而是將所有參與測量的導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信息，通過導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，形成了一個(gè)有機(jī)的整體。通過有效的數(shù)據(jù)融合手段，校正誤差、優(yōu)化導(dǎo)航結(jié)果。深空探測過程中，一些導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)入復(fù)雜未知的環(huán)境之后，有可能會(huì)出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致組合導(dǎo)航無法進(jìn)行。因此，未來的自主導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)朝著故障自動(dòng)檢測的方向發(fā)展，當(dāng)系統(tǒng)檢測到故障時(shí)，自動(dòng)隔離故障子系統(tǒng)，自主切換組合模，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我修復(fù)，保證導(dǎo)航持續(xù)進(jìn)行，進(jìn)一步確保深空探測任務(wù)的成功實(shí)施。