目前深空探測任務大多應用光學成像敏感器進行觀測，光學導航信息的獲取與處理是一項核心技術，其主要包括三個方面：圖像預處理技術、高精度形心提取技術和亞像素處理技術。圖像預處理的目的是去除圖像的噪聲，保證目標之間的對比度。由于光學成像敏感器自身存在缺陷并且電子設備噪聲也會引入圖像噪聲點，這些噪聲點都會改變目標天體之間的強度對比，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，這些都會影響敏感器最終的測量精度。

深空復雜環(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重制約，任何單一傳感器很難對環(huán)境有準確的描述。因此，需要將信息融合處理算法引入到自主導航中，利用多個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?、正確的認識。信息融合算法是一種能夠同時利用多種觀測信息，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)某時刻得到的一批觀測數(shù)據(jù)進行反復的迭代運算得到下一時刻的最優(yōu)狀態(tài)估計。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了探測器的軌道參數(shù)；遞推處理算法通過實時觀測實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，并通過數(shù)據(jù)處理得出新的估計數(shù)據(jù)。該算法通常用在軌道觀測實時處理階段。

自主導航與控制的仿真驗證技術。由于深空探測是一項歷時久、風險大、成本高的一項大型工程，尤其是一些載人的深空探測任務。因此，在計劃實施之前，需要對所設計的導航控制方案的有效性、可行性和實用性進行反復驗證，以提高任務成功概率，節(jié)約成本，更是對航天人員生命安全的保障。

為了驗證所設計的深空探測自主導航與控制方案的有效性、可行性和實用性，必須針對深空天體探測任務的特點，建立完善的地面仿真試驗驗證系統(tǒng)，也是深空探測自主導航與控制技術能夠轉(zhuǎn)入工程實施的基礎和前提。這就需要構(gòu)建完善的星座數(shù)據(jù)庫、模擬探測器的實際飛行運動環(huán)境以及構(gòu)建完善的仿真系統(tǒng)可行度評價體系。

深空探測自主導航技術的發(fā)展趨勢

提高導航軟件的集成化和模塊化。深空探測計劃中，由于每次發(fā)射任務的探測器所要完成的任務不同，一些探測器會經(jīng)歷巡航段、目標捕獲段、飛越段、環(huán)繞段和著陸段等，而一些探測任務探測器只經(jīng)歷其中一部分階段。這些探測任務特點不同，但是導航手段卻有著相似之處。例如提取分析導航信息、解算導航參數(shù)、補償校正誤差以及評估導航性能等，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)境適應性。隨著深空探測技術的不斷發(fā)展，空間任務更強調(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)境適應性是未來的深空導航敏感器的主要發(fā)展方向。此外，由于深空環(huán)境是復雜多變的，空間中的等離子體、高能粒子、空間輻射及振動、溫度變化等空間因素無法準確預測，會直接影響傳感器正常工作，因此，提升敏感器環(huán)境適應性也是自主導航技術中一個重要的發(fā)展方向。

實現(xiàn)多源異質(zhì)信息融合。隨著深空探測器導航技術的發(fā)展，越來越多的導航方式被引入，有效的傳感器也越來越多，比如星敏感器、攝像機、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行融合，甚至實現(xiàn)傳感器的即插即用功能。在此基礎上，構(gòu)建復雜環(huán)境下的多源異質(zhì)信息融合性能評估準則，進一步優(yōu)化融合算法和系統(tǒng)導航方案。

實現(xiàn)故障自動檢測。組合導航并不是簡單地將各種導航系統(tǒng)集合在一起，而是將所有參與測量的導航系統(tǒng)的輸出信息，通過導航計算機，形成了一個有機的整體。通過有效的數(shù)據(jù)融合手段，校正誤差、優(yōu)化導航結(jié)果。深空探測過程中，一些導航設備進入復雜未知的環(huán)境之后，有可能會出現(xiàn)故障，從而導致組合導航無法進行。因此，未來的自主導航系統(tǒng)會朝著故障自動檢測的方向發(fā)展，當系統(tǒng)檢測到故障時，自動隔離故障子系統(tǒng)，自主切換組合模，實現(xiàn)系統(tǒng)自我修復，保證導航持續(xù)進行，進一步確保深空探測任務的成功實施。