基于单目视觉与惯导的空间非合作目标相对导航方法

发布时间：2021-02-23 01:23

　　随着在轨服务、空间攻防等的发展,空间飞行器相对导航技术,特别是空间飞行器自主相对导航技术的需求日益增多。相机在空间相对导航中是一种常用的传感器,具有体积小、重量轻,价格低,功耗小的特点。但相机受制尺寸与传感器分辨率限制,其导航精度有限。通过利用航天器上均安装的惯性测量单元（IMU）与相机组合使用,能够相互补充,显著提升导航精度。本文围绕不同类型的空间非合作目标利用单目视觉与惯导组合进行相对导航的问题进行了研究,成果如下:对于模型已知的非合作目标,可由模型获得尺度信息,且卫星质心位置是已知的。利用提出的预积分算法能够将刷新率远高于相机的IMU的多帧数据整合为一个参数,从而实现与相机帧率的一致,以进行优化。使用滑动窗口滤波器,通过调节滑动窗口大小,达到调整导航精度与计算量的目的,并且通过窗口滑动,将旧的信息转移至新的滑动窗口,能够在新的滑动窗口中保留旧信息,提高导航精度,一方面避免了卡尔曼滤波的低精度、低鲁棒性,另一方面也保证系统不会像使用最小二乘法时一样由于过大的计算量而崩溃。同时利用数学仿真,验证了该相对导航方法具有良好的性能,并展示了滑动窗口在加入不同数量的状态量时导航精度与运算量的... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

–1论文结构框架图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-第2章基础理论2.1引言本章主要推导总结在进行航天器相对导航时需要使用的基础知识。一个导航系统需要测量与优化两部分，本章将首先介绍测量需要使用的坐标系、传感器模型，这是建立测量模型的基矗为方便传感器测量的姿态参数进行保存计算，本文使用四元数进行姿态的测量计算。在进行优化时，本章将简单介绍李群与李代数，并给出李代数的一些运算性质。优化方法将使用不同于传统的卡尔曼滤波器的滑动窗口滤波器，以利用其精度高、运算量有限的良好性质。2.2坐标系定义坐标系是使n维系统中的任意一点可以以n个标量表示的系统，是用来描述空间位置的基矗接下来定义本文使用的坐标系。2.2.1地心赤道坐标系地心赤道坐标系是以地球作为中心天体，地心为引力体中心的直角惯性坐标系。其坐标原点为地心，基准平面为赤道面，x轴在赤道面内由地心指向春分点，z轴由地心指向地球北极，y轴与x轴、z轴构成右手系。地心赤道坐标系通常作为地心惯性系（ECI）。2.2.2飞行器当地垂直水平空间直角坐标系飞行器当地垂直水平空间直角坐标系（Local-verticalLocal-horizontal，LVLH），以飞行器质心为坐标原点，以轨道平面为基准面。x轴沿地心指向飞行器质心方向，z轴沿飞行器角动量方向，y轴与x轴、z轴构成右手系。图2-1LVLH坐标系[35]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-""ZXYfXY==(2-36)得""XXfZYYfZ==(2-37)由像素坐标系的定义，可知成像平面上特征点的位置[X",Y"]与像素坐标系下特征点位置的关系为xyXufcZYvfcZ=+=+(2-38)其中xc，yc代表像素坐标系原点的偏离平移量。图2-2针孔相机模型[37]如果将像素坐标系下特征点位置记为齐次坐标，可以得到01101001xyufcXvfcYZZZ==KP(2-39)其中的一般记做相机的内参矩阵，在使用K前进行相机标定获得。


本文编号：3046811