基于對(duì)偶四元數(shù)的航天器相對(duì)導(dǎo)航方法研究.pdf

1、隨著航天器在交會(huì)對(duì)接及空間攻防領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)航天器相對(duì)導(dǎo)航算法的精度和可靠性等方面提出了新的要求。本文基于此，結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“航天器軌道和姿態(tài)耦合動(dòng)力學(xué)建模與一體化控制方法研究”、國(guó)家教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目“航天器姿態(tài)軌道確定的一體化方法及多信息融合導(dǎo)航”，以航天器交會(huì)對(duì)接相對(duì)導(dǎo)航問(wèn)題為研究對(duì)象，分析近距離相對(duì)導(dǎo)航任務(wù)的特點(diǎn)，建立基于對(duì)偶四元數(shù)的航天器相對(duì)位置姿態(tài)一體化描述形式，設(shè)計(jì)基于單目視覺(jué)多自然特征信息融合的位姿確定迭代算

2、法及基于視覺(jué)與慣性器件組合的相對(duì)導(dǎo)航算法。本文主要工作分為以下三方面：
　　首先，建立目標(biāo)航天器相對(duì)于追蹤航天器位置與姿態(tài)的統(tǒng)一描述方式，設(shè)計(jì)基于單目視覺(jué)的相對(duì)導(dǎo)航方案，選取目標(biāo)航天器特征線在追蹤航天器相機(jī)像平面上的投影作為測(cè)量量，并基于對(duì)偶四元數(shù)對(duì)測(cè)量量進(jìn)行描述，對(duì)投影線對(duì)偶矢量的對(duì)偶部擬線性化，推導(dǎo)位姿確定迭代算法。仿真驗(yàn)證算法有效且收斂速度較快。
　　其次，分析目標(biāo)航天器點(diǎn)、線等多自然特征信息特點(diǎn)，并在對(duì)偶四元數(shù)框架內(nèi)

3、以統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型加以描述，推導(dǎo)了基于點(diǎn)、線特征的多特征融合單目視覺(jué)導(dǎo)航算法，算法改善了僅利用某一種特征信息的由于特征光標(biāo)損壞、遮擋或特征提取和匹配錯(cuò)誤導(dǎo)致特征數(shù)據(jù)量不足的局限，克服了傳統(tǒng)多特征描述方法不同而導(dǎo)致融合算法設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題。
　　最后，分析僅利用單幅圖像信息位姿確定算法中無(wú)法直接測(cè)量線速度和姿態(tài)角速度信息以及無(wú)法消除相機(jī)測(cè)量噪聲的不足，建立兩種航天器相對(duì)導(dǎo)航方案。方案一以僅選用視覺(jué)相機(jī)，觀測(cè)目標(biāo)航天器特征線在像平面投影的