深空探測器自主光學導航技術研究.pdf

1、自主光學導航方法具有自主性強、精度高、實時性好等優(yōu)點，是未來深空任務必然的選擇和最重要的技術手段之一。本文以深空探測器與小行星交會為背景，重點研究深空探測器自主光學導航技術，論文主要內(nèi)容包括：
　　首先，為使得導航算法具備更好適用性，本文采用生成模擬圖像的方法對算法進行驗證。通過研究深空探測任務中目標天體的幾何光學成像原理，以及光反射過程中的強度變換關系，并考慮一般天體表面大氣、火山口及彈殼紋理狀況，完成天體光學模擬圖像生成，采用

2、直方圖分析方法與真實圖像進行對比分析以評估模擬圖像的可信度。
　　其次，設計了光學導航圖像處理與信息提取算法，結合圖像預處理方法、采用基于Canny算子的邊緣檢測算法完成天體邊緣的初始提取，考慮到天體表面光照區(qū)域與背光陰影區(qū)域交接形成偽邊緣，通過分析圖像梯度分布對其實現(xiàn)有效去除，并借助包括最小二乘法、Levenberg-Marquardt算法、以及改進的直接最小二乘估計發(fā)完成橢圓輪廓的曲線擬合，以及完成天體中心視線矢量的提取工作。

3、
　　最后，考慮導航相機成像模型，完成交會小行星自主光學導航系統(tǒng)動力學建模，選取不同的導航天體和導航測量信息，建立了包括目標小行星視線觀測、目標小行星和太陽視線觀測以及目標小行星視線及夾角觀測的導航測量模型。為考察所建立導航模型其觀測信息是否具備解算出系統(tǒng)狀態(tài)的能力，本文采用數(shù)值分析法對導航系統(tǒng)的可觀性和可觀度進行分析。針對所選擇的不同系統(tǒng)狀態(tài)變量和導航測量信息，結合探測器軌道動力學相對運動模型，基于擴展卡爾曼濾波理論完成導航濾波