基于立體視覺的非合作航天器近距離相對(duì)導(dǎo)航.pdf

1、隨著空間技術(shù)的飛速發(fā)展，非合作航天器的空間臨近操作已成為未來發(fā)展趨勢之一。確定非合作航天器間的相對(duì)位姿，是實(shí)現(xiàn)非合作目標(biāo)的交會(huì)與捕獲等在軌服務(wù)操作的前提。由于非合作航天器不能實(shí)時(shí)有效地提供自身位姿信息，為高效地獲得非合作航天器的相關(guān)參數(shù)，在追蹤星上搭載具有非接觸性、低能耗、高性價(jià)比等特性的立體視覺系統(tǒng)作為測量傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行相對(duì)測量。本文對(duì)基于立體視覺系統(tǒng)的非合作航天器位姿確定算法進(jìn)行了研究，以期找到更為實(shí)用、精度高、實(shí)時(shí)性好、可靠性強(qiáng)

2、的導(dǎo)航方法，為非合作航天器在軌操作提供一定的參考。
　　為了保證非合作航天器近距離跟蹤測量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，首先對(duì)立體視覺系統(tǒng)的測量原理進(jìn)行說明，然后對(duì)近距離在軌服務(wù)中追蹤星與目標(biāo)衛(wèi)星之間的相對(duì)姿態(tài)與軌道特性進(jìn)行分析，建立了便于進(jìn)行相對(duì)姿態(tài)與相對(duì)位置建模的坐標(biāo)系，推導(dǎo)了相對(duì)位姿動(dòng)力學(xué)模型，并提出了可行性驗(yàn)證方案。
　　為確保追蹤星安全可靠地逼近非合作航天器，需要精確地獲取非合作航天器的相對(duì)位姿信息，因此本文根據(jù)相對(duì)位姿模型建

3、立了系統(tǒng)方程，并基于立體視覺系統(tǒng)建立了觀測方程，設(shè)計(jì)了EKF濾波器用于對(duì)非合作航天器進(jìn)行位姿聯(lián)合估計(jì)。由于采用EKF實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置估計(jì)時(shí)，會(huì)因求解Jacobian矩陣而進(jìn)行大量的求導(dǎo)運(yùn)算，因此本文結(jié)合相對(duì)位置模型的線性特性，設(shè)計(jì)了線性狀態(tài)觀測器對(duì)相對(duì)位置進(jìn)行估計(jì)，通過調(diào)整極點(diǎn)配置方案實(shí)現(xiàn)濾波快速收斂。此外，為提高定位導(dǎo)航的精度和可靠性，采用穩(wěn)健M估計(jì)方法來減少測量過程中觀測粗差的影響。
　　針對(duì)現(xiàn)有濾波方法用于非合作航天器的姿態(tài)估計(jì)