基于立体视觉的非合作航天器近距离相对导航

《基于立体视觉的非合作航天器近距离相对导航》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：V448.2论文编号：102870315-S200学科分类号：081105硕士学位论文基于立体视觉的非合作航天器近距离相对导航研究生姓名于晓婷学科、专业导航、制导与控制研究方向非合作航天器相对导航指导教师郁丰副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringCloseRelativeNavigationforN

2、on-CooperativeSpacecraftBasedonStereoVisionAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyYuXiaotingAdvisedbyYuFengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineering3March,2015南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文

3、中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：5基于立体视觉的非合作航天器近距离相对导航摘要随着空间技术的飞速发展，非合作航天器的空间临近操作已成为未来发展趋势之一。确定非合作航天器间的相对位姿，是实现非合作目标的交会与捕获等

4、在轨服务操作的前提。由于非合作航天器不能实时有效地提供自身位姿信息，为高效地获得非合作航天器的相关参数，在追踪星上搭载具有非接触性、低能耗、高性价比等特性的立体视觉系统作为测量传感器对目标进行相对测量。本文对基于立体视觉系统的非合作航天器位姿确定算法进行了研究，以期找到更为实用、精度高、实时性好、可靠性强的导航方法，为非合作航天器在轨操作提供一定的参考。为了保证非合作航天器近距离跟踪测量的实时性和准确性，首先对立体视觉系统的测量原理进行说明，然后对近距离在轨服务中追踪星与目标卫星之间的相对姿态与轨道特性进行分

5、析，建立了便于进行相对姿态与相对位置建模的坐标系，推导了相对位姿动力学模型，并提出了可行性验证方案。为确保追踪星安全可靠地逼近非合作航天器，需要精确地获取非合作航天器的相对位姿信息，因此本文根据相对位姿模型建立了系统方程，并基于立体视觉系统建立了观测方程，设计了EKF滤波器用于对非合作航天器进行位姿联合估计。由于采用EKF实现相对位置估计时，会因求解Jacobian矩阵而进行大量的求导运算，因此本文结合相对位置模型的线性特性，设计了线性状态观测器对相对位置进行估计，通过调整极点配置方案实现滤波快速收敛。此外，

6、为提高定位导航的精度和可靠性，采用稳健M估计方法来减少测量过程中观测粗差的影响。针对现有滤波方法用于非合作航天器的姿态估计时，存在对模型精确性要求高、计算量大的问题，本文提出了一种利用虚拟滑模控制思想实现对目标卫星姿态参数估计的方法。并针对滑模控制的不连续开关特性引起的抖振问题，引入了一个滑模边界层可调参数，通过在边界层内施加模糊逻辑控制平滑滑模引起的抖振。为有效验证文中提出的用于相对姿态估计的EKF算法和虚拟滑模控制方法，本文搭建了基于立体视觉测量系统的相对导航半物理仿真实验平台，并进行了物理验证。关键词：

7、非合作航天器，立体视觉系统，相对位姿确定，扩展卡尔曼滤波，全维状态观测器，M-估计，虚拟滑模控制6南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWithrapiddevelopmentofspacetechnology,nearSpaceoperationsofnon-cooperationspacecraftshavebecomeoneoffuturedevelopmenttrends.Theconfirmationoftherelativepositionandattitudeamongnon-cooper

8、ationspacecraftsisaprerequisiteforachievingoperationssuchasrendezvousandcaptureinorbitservicingaboutnon-cooperationspacecraft.Asit’shardfornon-cooperationspacecrafttogiveusitsrelativepositionandattitud