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控制理论与应用 2014年第12期31卷 1714-1722页

作者：王大轶黄翔宇北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

本文研究了深空探测转移段光学成像测量自主导航涉及的导航天体的选取与规划、导航天体图像的处理、观测方程与状态方程的建立、导航滤波算法的选取以及数学与半物理仿真验证等技术,提出了导航目标最优选取与成像序列规划、复杂导航星... 详细信息

本文研究了深空探测转移段光学成像测量自主导航涉及的导航天体的选取与规划、导航天体图像的处理、观测方程与状态方程的建立、导航滤波算法的选取以及数学与半物理仿真验证等技术,提出了导航目标最优选取与成像序列规划、复杂导航星图提取与识别、无迹变换导航滤波以及光学成像测量自主导航仿真验证等方法.数学和半物理仿真试验验证结果表明,提出的方法有效提高了自主导航精度.

关键词：深空探测自主导航光学成像测量仿真验证

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空间飞行器交会对接相对位置和姿态的在轨自检校光学成像测量算法

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宇航学报 2007年第1期28卷 15-21页

作者：江刚武龚辉王净姜挺信息工程大学测绘学院郑州450052

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段,通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间,CCD相机受空间环境的影响,其内参数会发生变化的实际情况,提出了一种单CCD在轨自检校光学测量... 详细信息

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段,通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间,CCD相机受空间环境的影响,其内参数会发生变化的实际情况,提出了一种单CCD在轨自检校光学测量方案,其主要特点是飞行器在执行测量任务时,可同时进行相机内参数的自检校。首先根据严格的中心投影共线条件方程,推导出目标飞行器光学特征点坐标和对应的像点坐标与内参数及相对位置和姿态的严格解析关系;然后建立了内参数及相对位置和姿态的解析表达式;提出了目标航天器上光学特征点的布设要求。通过严格的理论分析和数值仿真,单CCD在轨自检校光学测量方案具有可靠性高、精度高、算法易实现、适应能力强等优点。

关键词：交会对接相对位置相对姿态在轨自检校 CCD 光学成像测量

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用于空间非合作目标交会的相对测量算法研究

用于空间非合作目标交会的相对测量算法研究

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作者：陈密密解放军信息工程大学

学位级别：硕士

基于光学成像测量理论的航天器间相对状态(相对位置与相对姿态)信息的获取是航天器近距离自主相对导航系统的重要组成部分,是完成航天器交会对接与机动逼近等多种空间任务的关键。论文以摄影测量、数字图像处理和航天器轨道动力学的相... 详细信息

基于光学成像测量理论的航天器间相对状态(相对位置与相对姿态)信息的获取是航天器近距离自主相对导航系统的重要组成部分,是完成航天器交会对接与机动逼近等多种空间任务的关键。论文以摄影测量、数字图像处理和航天器轨道动力学的相关理论和技术为基础,针对非合作目标交会过程中的相对状态测量这一具有重要潜在应用价值的领域进行了深入研究,取得的主要研究成果与创新点包括: 1)对非合作目标交会的两飞行器间的相对轨道动力学特性进行了深入研究,推导了二体问题假设下的航天器近距离相对运动方程。在此基础上,从环绕跟踪和沿航向跟踪两个方面设计了对非合作目标实施近距离跟踪的轨道,并基于Matlab和STK对轨道设计的结果进行了数值仿真和可视化验证,最后简要分析了轨道摄动(J2摄动)对跟踪轨迹的影响。 2)基于近距离跟踪阶段获得了非合作目标较为详细的外形特征这一合理假设,初步形成了一种用于非合作交会逼近阶段的光学成像测量方案,即利用数字图像处理技术将非合作目标三维外形上的结构特征转化为可观测的、可提取的二维图像特征,以解决非合作目标没有已知标志信息的问题,进而利用基于特征的成像测量算法实现相对位姿参数的确定。在分析摄影测量成像模型与OpenGL成像机理对应关系的基础上,设计并开发了简单的光学相机成像模拟器,为开展仿真实验提供了图像数据源。从简单的角度入手,通过投影操作和图像角点特征提取算子将非合作目标三维模型转化为二维点模型,设计了特征对应算法以实现结构特征点和图像提取角点之间的正确对应,并通过仿真实验验证了思路和方法的可行性。 3)通过引入物方空间共线方程和物方空间共线误差的概念,将传统的摄影测量求解相对位姿参数的后方交会问题,转化为多次迭代的绝对定向问题,进而形成了一种具有全局快速收敛特性的相对位姿成像测量算法。迭代过程中使用“两步法”求解相对位姿参数:首先基于子空间旋转的最小二乘逼近理论直接获得相对姿态参数的最优解,继而求解该相对姿态条件下的最优平移向量。该方法能够严格保证旋转矩阵的正交性约束条件,理论上具有全局的收敛特性,并能自动提供良好的迭代初始值。仿真实验表明,该方法收敛速度快,计算精度高,抗噪声干扰能力强,适合于在非合作目标交会逼近阶段等未知因素多的情况下进行相对位姿参数的解算。

关键词：空间交会非合作目标光学成像测量相对运动图像处理后方交会绝对定向

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