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空间非合作目标惯性参数在轨辨识

中国空间科学技术 2016年第4期36卷 17-23页

作者：孔祥龙李文龙李文峰赵毅上海卫星工程研究所上海201109

在空间冗余机械臂抓捕非合作目标的惯性参数辨识问题中,已有方法大都基于系统动量已知的假设,且辨识过程未考虑基座姿态稳定。针对目标动量未知的问题,设计了具有增量形式的惯性参数分步辨识算法。首先基于线动量方程得到关于质量和质... 详细信息

在空间冗余机械臂抓捕非合作目标的惯性参数辨识问题中,已有方法大都基于系统动量已知的假设,且辨识过程未考虑基座姿态稳定。针对目标动量未知的问题,设计了具有增量形式的惯性参数分步辨识算法。首先基于线动量方程得到关于质量和质心位置的第一组估计方程,采用增量形式消除未知线动量更新估计方程。辨识结果收敛后根据估计参数计算线动量估计值,代入以转动惯量为未知参数的第二组估计方程中,利用其增量表达式完成对转动惯量的估计。辨识过程中的激励由自适应零反作用控制输入提供,算法在保证基座姿态不受干扰的同时还能对惯性参数精确辨识。仿真结果表明,在30s以内算法已收敛,误差收敛到零的同时,基座姿态角速率控制精度在10-3以下,说明算法收敛快,精度高,同时还能实现基座姿态稳定。

关键词：非合作目标姿态稳定冗余自由度惯性参数辨识反作用零空间自适应控制

跟踪空间非合作目标的一种相对轨道确定方法研究

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中国空间科学技术 2007年第4期27卷 7-13页

作者：车汝才张洪华北京控制工程研究所北京100080

研究近地轨道卫星沿航向跟踪空间非合作目标的相对轨道确定问题。首先给出以追踪星与非合作目标轨道根数差分描述的相对运动方程;其次根据星间测量几何关系对应的测量方程,提出一种新的基于两步估计的相对轨道确定方法;最后通过数学仿... 详细信息

研究近地轨道卫星沿航向跟踪空间非合作目标的相对轨道确定问题。首先给出以追踪星与非合作目标轨道根数差分描述的相对运动方程;其次根据星间测量几何关系对应的测量方程,提出一种新的基于两步估计的相对轨道确定方法;最后通过数学仿真验证了收敛速度快于扩展卡尔曼滤波,并对初始状态的选取不敏感,具有一定鲁棒性。

关键词：非合作目标轨道确定相对运动轨道根数两步估计卫星

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非合作目标近距离姿轨跟踪控制

非合作目标近距离姿轨跟踪控制

作者：陈泊勋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在人们对太空领域进行探索与利用的同时,空间科学技术也在飞速地发展,因此越来越多的航天器被发射进入太空,而这些航天器在为人类服役多年以后,其中的一大部分由于能源耗尽或者零部件损坏等问题导致无法继续工作,除了这些失效航天器之外... 详细信息

在人们对太空领域进行探索与利用的同时,空间科学技术也在飞速地发展,因此越来越多的航天器被发射进入太空,而这些航天器在为人类服役多年以后,其中的一大部分由于能源耗尽或者零部件损坏等问题导致无法继续工作,除了这些失效航天器之外,还有一些由于发射任务失败而遗留在太空中的废弃航天器,以及一些发射过程中产生的废弃物和碰撞中产生的太空碎片等,这些太空废弃物已经失去了自主控制能力,基本都遗留在原轨道,但是可用的轨道资源是有限的,除此之外,这些太空废弃物还会对其他在轨卫星的工作和安全造成一定的影响。在这种情况下,以维修故障航天器、清理空间碎片为目的的空间在轨服务应运而生,成为当下航天技术领域的研究热点。一般来说,在轨服务的目标(比如说失效卫星,敌对卫星,空间碎片)都是非合作的,因此如何在无法获得精确相对运动信息的情况下,实现服务航天器高精度的姿轨耦合控制成为了在轨服务领域的重点。所以本文以空间非合作目标的抓捕为背景,以空间非合作卫星为目标,研究了在近距离以及超近距情况下非合作目标的逼近与跟踪问题。首先,定义了几个需要用到的参考坐标系,分别建立了追踪星和目标星的绝对轨道动力学方程和绝对姿态动力学方程,在建立的绝对动力学模型的基础上,推导出追踪星和目标星之间的相对轨道动力学方程和相对姿态动力学方程。考虑到追踪星轨道和目标星姿态有一定的耦合关系,基于偏差建立了追踪星和目标星之间的相对姿轨耦合动力学模型,作为后续研究工作的基础。然后,考虑到滑模控制对系统不确定性和外界干扰具有很好的鲁棒性,因此采用滑模控制理论来设计近距离情况下追踪星对非合作目标星的相对轨道和姿态耦合控制算法。首先设计了一种基于传统滑模方法的控制律,并分析了控制律的稳定性,仿真验证传统滑模对于具有系统不确定性和外界干扰的系统控制效果一般。然后为了达到更好的控制效果,对系统不确定性和未知的外界干扰进行补偿,设计了一种可以预设调整时间的自适应滑模控制律,仿真验证自适应滑模控制律针对具有系统不确定性和未知有界干扰的系统可以达到更好的控制效果。最后,研究超近距离情况下非合作目标的逼近与跟踪控制问题,此时,追踪星上的相机等视觉测量设备由于视角原因无法拍摄得到完整的目标星的信息,进而无法得到准确的相对姿轨信息,无法实现稳定的姿轨耦合控制,为了解决这个问题,采用子母星方案,母星留在安全距离处给子星提供目标星的姿轨测量信息,子星携带抓捕装置实现最终逼近跟踪和抓捕。基于这种方案,提出一种混合视觉伺服控制方法,利用间接估计的图像视觉伺服方法控制相对位置,利用帆板或者卫星主体部分图像特征跟踪相对姿态,仿真验证,该控制方法可以保证子星安全逼近跟踪目标星,误差可以达到抓捕要求。

关键词：在轨服务非合作目标逼近跟踪滑模控制图像视觉伺服

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非合作目标激光测距预报的实时修正方法研究

天文研究与技术 2019年第1期16卷 25-32页

作者：张训方赵雪李荣旺李祝莲中国科学院云南天文台云南昆明650011 中国科学院大学北京100049 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室江苏南京210008

非合作目标的激光测距预报一般是基于双行根数(TLE)外推出来的,往往有较大偏差,对激光测距的成功率有较大影响。结合空间目标的轨道理论和实测的数据分析,预报的偏差主要是预测模型外推的空间目标在运行轨道上的平近点角与实际平近点角... 详细信息

非合作目标的激光测距预报一般是基于双行根数(TLE)外推出来的,往往有较大偏差,对激光测距的成功率有较大影响。结合空间目标的轨道理论和实测的数据分析,预报的偏差主要是预测模型外推的空间目标在运行轨道上的平近点角与实际平近点角存在偏差。根据非合作目标在望远镜跟踪视场中的脱靶量,利用相关算法可以找到一个最佳的时间根数偏差量修正空间目标的平近点角。经过修正,空间目标的视位置偏差得到改善,距离偏差能够从几百米减小到几十米,提升了预期回波到达时刻的准确度,可以给单光子探测器提供更高精度的距离门控,提高测距成功率。

关键词：实时修正时间根数偏差非合作目标轨道预报

非合作目标分光路激光测距中距离值的确定方法

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天文研究与技术 2012年第2期9卷 137-142页

作者：李语强李荣旺李祝莲翟东升中国科学院国家天文台云南天文台云南昆明650011

卫星激光测距是目前空间大地测量的主要手段之一,在地球动力学和大地测量学等领域有广泛的应用。云南天文台即将开展非合作目标分光路激光测距试验,即激光接收和发射光路系统分别由相邻较近的两台望远镜完成。针对分光路非合作目标激光... 详细信息

卫星激光测距是目前空间大地测量的主要手段之一,在地球动力学和大地测量学等领域有广泛的应用。云南天文台即将开展非合作目标分光路激光测距试验,即激光接收和发射光路系统分别由相邻较近的两台望远镜完成。针对分光路非合作目标激光测距系统,提出了一种非合作目标分光路激光测距中测距值的确定方法,并给出了相应的计算公式,为分光路激光测距数据处理提供参考。

关键词：卫星激光测距分光路非合作目标测距值

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基于单目三维重构的空间非合作目标相对测量

中国空间科学技术 2016年第5期36卷 48-56页

作者：李永飞王仕成杨东方孙大为火箭军工程大学控制工程系西安710025

为了解决非合作目标的相对测量问题,提出了一种基于单目图像序列目标重构结果的非合作目标相对位姿测量方法。该方法将目标的三维重构与相机的位姿信息计算相结合,首先利用观测前期得到的图像序列,通过非线性优化算法计算得到目标上部... 详细信息

为了解决非合作目标的相对测量问题,提出了一种基于单目图像序列目标重构结果的非合作目标相对位姿测量方法。该方法将目标的三维重构与相机的位姿信息计算相结合,首先利用观测前期得到的图像序列,通过非线性优化算法计算得到目标上部分三维点坐标;然后基于该三维点集合,建立递推深度模型,对相机的相对位姿信息和新观测到的目标点同时进行卡尔曼滤波估计。航拍测量试验表明,随着图片数量的增多,精确重构点的比例(重投影误差小于1个像素的点)不断提高,80%的图像中精确重构点比例优于89%;基于公共数据集的试验表明,该算法对姿态估算精度可达1°以内,位置测量的精度可达到2cm以内。以上试验结果表明,该算法具有较高的测量精度。

关键词：目标重构相对位姿测量单目视觉非合作目标

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

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空间电子技术 2023年第1期20卷 58-62页

作者：高玉龙王玉凡高敏吴兆平王恺宇中国空间技术研究院西安分院西安710000

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪,提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势,涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标... 详细信息

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪,提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势,涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征,提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案,涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1 kbps~300 Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100 kHz,码速率估计精度优于100 kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪,为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。

关键词：宽范围非合作目标角跟踪接收机信号检测角误差信号解调

非合作目标水中物理场特性测量的定位技术研究

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非合作目标水中物理场特性测量的定位技术研究

作者：胡晨中国舰船研究院

学位级别：硕士

非合作目标水下物理场测量技术在军事领域有重要的研究价值，是获取外舰物理场特性的主要手段。一个精度高，稳定性好的定位方法可以使测量到的宝贵数据发挥最大的作用。现阶段，定位技术已成为非合作目标水下物理场测量技术中的瓶颈技... 详细信息

非合作目标水下物理场测量技术在军事领域有重要的研究价值，是获取外舰物理场特性的主要手段。一个精度高，稳定性好的定位方法可以使测量到的宝贵数据发挥最大的作用。现阶段，定位技术已成为非合作目标水下物理场测量技术中的瓶颈技术之一。本文主要针对非合作目标的定位技术进行研究，其中舰船水下电场定位和照相法定位是重点研究的两种方法。电场定位方面，从舰船水下电场的起因出发，对舰船的水下电场进行建模分析，用“空气——海水——海床”三层模型模拟浅海海洋环境，用若干个电偶极子的电场叠加模拟舰船水下电场，再类比被动磁定位，使用POWELL搜索法对模型进行反演，确定目标位置坐标、航速、航向等参数，并分析了传感器布放位置、布放间距、目标速度，信噪比等对定位精度的影响。最后在水槽中对实验进行了验证。照相法定位方面，采用了在机器视觉领域应用比较广泛的双目定位法，以Marr理论为基础，从针孔成像模型出发，采用线性标定法对相机进行标定，最后在计算目标的三维位置坐标时，采用了最小二乘法保证了解的稳定性。对整套理论做了实验验证及误差分析。最后针对海上非合作目标的特点，提出了一种适合海上非合作目标定位的双目定位法，其核心思想是将内外标定矩阵分离标定。

关键词：非合作目标电场定位双目定位相机标定

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非合作目标视觉测量方法研究及系统实现

非合作目标视觉测量方法研究及系统实现

作者：刘凯西安电子科技大学

学位级别：硕士

自主在轨服务凭借其成本低、风险小、隐蔽性高、军事利用价值强等特点,成为了目前乃至未来空间技术新的研究与发展方向。为解决在轨服务中最终逼近阶段非合作目标相对位姿测量问题,本文对非合作目标视觉测量方法进行了研究,主要研究了... 详细信息

自主在轨服务凭借其成本低、风险小、隐蔽性高、军事利用价值强等特点,成为了目前乃至未来空间技术新的研究与发展方向。为解决在轨服务中最终逼近阶段非合作目标相对位姿测量问题,本文对非合作目标视觉测量方法进行了研究,主要研究了基于立体视觉的测量方法,并根据研究内容设计实现了基于DSP的测量系统。主要研究内容及贡献包括: 1.提出了一种基于Hough变换的非合作目标的特征提取与跟踪算法。该方法针对点特征的稳定性不高等缺点,利用线特征的高稳定性,采用Hough变换实现对非合作目标进行识别和特征提取。实验表明,该算法能够对目标进行准确稳定地定位。 2.提出了一种基于局部特征的快速区域匹配算法。该方法首先以局部特征为中心建立匹配区域,然后采用快速区域匹配算法进行快速匹配,快速区域匹配算法采用极限约束和Box滤波技术。实验表明,该算法能够显著提高匹配速度。 3.提出了一种基于广义逆的三维重建和位姿求解与优化方法。该方法首先利用广义逆进行空间点重建,然后利用广义逆对基于空间向量的位姿求解方法进行改进,最后采用优化方法对姿态矩阵进行优化。测量实验表明,该方法能够获得较高的测量精度。 4.设计实现了基于DSP的非合作目标相对位姿测量系统。测量系统基于前述研究方法,主要包括双目CCD摄像机,光源和DSP处理系统。对运动卫星模型的测量实验表明相对位置测量精度小于±20mm,相对姿态测量精度小于±2°,测量速度能够达到8fps。

关键词：非合作目标立体视觉 Hough变换快速立体匹配位姿求解与优化 DSP