[发明专利]一种面向人机协同的月面通信与导航一体化实现方法与装置

说明书

本发明公开了一种面向人机协同的月面通信与导航一体化实现方法与装置，包括步骤A：移动目标节点接收其他节点的无线信号，提取无线信号特征并建模，进而估计其与其他节点之间的距离；步骤B：移动目标节点通过惯性传感器，获得移动目标节点的运动距离和方位信息；步骤C：结合历史位置信息，建立状态空间模型，实现多维信息的融合，对移动目标节点的位置信息进行最大似然估计；步骤D：通过期望最大化算法对所建立的噪声模型和运动状态模型进行参数估计，降低非视距传输对测量信号的影响，并对移动目标节点的运动姿态进行聚类分析，从而获得移动目标节点的位置信息。本发明可以解决未来月面通信与导航一体化的技术问题。

技术领域

本发明涉及空间网络领域，特别涉及一种面向人机协同的月面通信与导航一体化实现方法与装置。

背景技术

月面长期驻留已成为国内外航天机构关注的热点，未来月面活动不再是独立的空间活动，需要最大限度地提升人与机器之间的协同机制[2]。为了应对月面人机协作、设备运行、安全防护等方面的诸多挑战，提升月面人机的互操作性，《国际深空互操作标准(草案)》从通信系统、生命保护、机器人控制等方面给出了实施建议。未来高效、安全的月球探测和开发的任务，需要有机地结合航天员、月球车、机器人、卫星等不同载荷的能力。研究适应月面复杂环境的实时、可靠、高效的通信与导航系统，是实现月面长期驻留与探测开发的重要基础，具有重要的研究意义。

相比于地球空间高速发展的通信网络(如，5G通信系统、“天地一体化”网络等)，月球空间通信系统呈现出地理环境复杂、通信模式多样、基础设施薄弱等特点，因而针对月面复杂环境，实现人机高实时、高可靠、高效率的通信与导航具有极大的挑战性。目前，《国际深空通信系统互操作标准(草案)》给出了月面通信网络的物理层、网络层、应用层方面的参考设计框架，但诸如如何实现月面移动目标高精度、高实时的定位技术尚未展开详细阐述。此外，在美国国家航空航天局发布的空间通信与导航体系结构中，也未对月面无线定位方案透露更多的技术细节。现有的地月通信机制，无法满足月面移动目标精确实时的定位需求，难以支撑高效率、高可靠的月面通信系统架构的设计与实现。因而，如何在月面复杂环境下，实现人机高实时、高可靠、高效率的通信与导航是月面通信网络发展中亟待解决的关键问题。同时，为了满足未来我国月面大范围、多区域联合探测与同步开发的需求，弥补地基资源在月面覆盖性、实时性、准确性等方面的不足，构建我国独立自主的月面通信与导航系统具有重要的战略意义。

考虑到月面通信与导航系统在未来我国“载人登月”中的重要地位，研究适合月面复杂环境的通信与定位技术，满足月面多目标高实时、高可靠、高效率的通信与导航需求，是需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种面向人机协同的月面通信与导航一体化实现方法与装置，以解决未来月面人机通信与导航的技术问题。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种面向人机协同的月面通信与导航一体化实现方法，包括以下步骤：

步骤A：移动目标节点接收其他节点的无线信号，提取无线信号特征并建模，进而估计其与其他节点之间的距离；

步骤B：移动目标节点通过惯性传感器，获得移动目标节点的运动距离和方位信息；

步骤C：结合历史位置信息，建立状态空间模型，实现多维信息的融合，对移动目标节点的位置信息进行最大似然估计；

步骤D：通过期望最大化算法对所建立的噪声模型和运动状态模型进行参数估计，降低非视距传输对测量信号的影响，并对移动目标节点的运动姿态进行聚类分析，从而获得移动目标节点的位置信息。

进一步的，步骤A主要包含以下步骤：

步骤A1：移动目标节点通过无线信号传输的飞行时间特征，估计其与其他节点的距离；