交會對接仿真平臺中基于iGPS與CCD的組合導(dǎo)航.pdf

1、本論文的主要研究工作是交會對接仿真平臺的iGPS與CCD組合導(dǎo)航算法。論文首先分別論述了iGPS與CCD相機的測量方法，然后將兩種測量手段進行組合，提出了iGPS與CCD組合導(dǎo)航算法。
　　首先，針對實際應(yīng)用需求討論了檢測角點的算法。利用拉普拉斯高斯算法檢測圖像的邊緣，在得到區(qū)域的邊緣后利用Hough變換完成對角點檢測。在得到目標航天器的特征角點之后，利用兩階段迭代算法求解目標航天器相對于追蹤航天器的位置和姿態(tài)。兩階段迭代算法將物

2、體位置和姿態(tài)的求解轉(zhuǎn)化為受約束的非線性優(yōu)化問題，其具體過程分為景深估計和位姿解算兩個階段，可以證明兩階段法是一種快速全局收斂的迭代算法。對兩階段迭代算法的仿真表明：算法收斂快，對目標航天器在攝像機坐標系中的景深以及目標航天器位姿的解算精度較高。
　　其次，對GPS測量系統(tǒng)進行了詳細的研究。介紹了GPS測量系統(tǒng)在航天器交會對接中的應(yīng)用。然后介紹了iGPS測量系統(tǒng)，iGPS測量系統(tǒng)與GPS測量系統(tǒng)的關(guān)系，iGPS的使用過程，以及影響i

3、GPS測量系統(tǒng)精度的因素。接著詳細論述了利用iGPS測量系統(tǒng)確定追蹤航天器位置和姿態(tài)的具體過程。對奇異值分解法進行了仿真分析，得到利用其計算追蹤航天器位置和姿態(tài)的精度。仿真結(jié)果表明奇異值分解法計算速度快，計算結(jié)果精度較高。
　　最后，針對追蹤航天器的位姿解算問題，設(shè)計EKF對系統(tǒng)姿態(tài)進行估計，使用誤差四元數(shù)作為系統(tǒng)狀態(tài)量，對衛(wèi)星的姿態(tài)運動學(xué)方程使用泰勒展開并忽略高階項得到系統(tǒng)的線性化狀態(tài)方程。以iGPS作為觀測器，利用四元數(shù)合成法

4、則推導(dǎo)得到系統(tǒng)線性化觀測方程。之后就可以對系統(tǒng)的姿態(tài)偏差進行估計。設(shè)計UKF對系統(tǒng)狀態(tài)進行估計，同樣以誤差四元數(shù)作為系統(tǒng)狀態(tài)量，狀態(tài)方程和觀測方程的線性化與EKF相同。首先對系統(tǒng)進行Unscented變換，采用Chelosky方法對狀態(tài)誤差方差陣分解求得sigma點，將其代入系統(tǒng)方程進行狀態(tài)預(yù)測，再結(jié)合系統(tǒng)觀測方程進行更新計算，通過算術(shù)加權(quán)平均就可以得到姿態(tài)偏差的估計。之后對卡爾曼濾波算法進行仿真分析。然后，利用iGPS與CCD組合測量