本文關(guān)鍵詞：基于立體視覺的非合作航天器相對狀態(tài)估計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學》 2015年

基于立體視覺的非合作航天器相對狀態(tài)估計

周鼎  

【摘要】：在軌服務和空間碎片清理等任務操作要求的提高,使得關(guān)于空間近場操作中高效、自主的相對導航方法研究成為熱點問題。本文以非合作航天器自主交會相對導航為背景,采用雙目立體視覺測量,利用最小二乘方法對圖像信息進行重構(gòu)獲得相對狀態(tài),結(jié)合相對運動模型通過濾波提高估計精度,并針對目標慣量不確定情況下的相對狀態(tài)估計問題進行研究。由于視覺測量只能敏感到目標航天器表面的特征,在質(zhì)心相對運動模型的基礎(chǔ)上加入相對姿態(tài)運動建立六自由度相對運動模型。考慮非合作航天器表面特征點分布的隨機性,建立任意非質(zhì)心點之間的相對運動模型,模型仿真結(jié)果表明,非質(zhì)心點運動耦合引起的位置偏差在近場操作中的影響不能忽略。對計算機視覺中的位姿變換和成像原理進行研究,分析了空間目標的成像特點,考慮可能出現(xiàn)的圖像模糊和降質(zhì)問題,從圖像降噪、復原和增強等方面對圖像處理技術(shù)進行研究,并通過經(jīng)典案例圖片的處理驗證相關(guān)算法的有效性�；谟嬎銠C視覺理論,建立雙目視覺測量的幾何模型,利用追蹤航天器上獲得的目標表面多特征點單副幀對圖像,結(jié)合圖像速度和視差信息,通過最小二乘方法對目標的相對運動狀態(tài)進行了重構(gòu);將重構(gòu)狀態(tài)作為偽測量,引入線性化的相對運動模型,采用擴展卡爾曼濾波方法對連續(xù)多幀圖像信息進行序貫處理以改善估計精度。仿真結(jié)果表明,與單純利用圖像信息的狀態(tài)重構(gòu)相比,濾波對估計精度的改善效果明顯。針對相對導航過程中非合作航天器慣量不確定問題,考慮有部分目標慣量先驗信息的情況下,利用對視覺圖像信息的狀態(tài)重構(gòu)和序貫處理方法,設計了一套應用各慣量假設模型的并行擴展卡爾曼濾波方法進行相對狀態(tài)估計,并通過貝葉斯極大后驗估計方法比較各并行估計的累積殘差信息,從而辨識出最接近真實慣量的一組假設和對應的相對狀態(tài)估計。結(jié)果表明,本文設計的方法能夠充分利用先驗信息和測量信息,有效地改善慣量不確定情況下的相對位姿估計精度。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2;TP391.41
【目錄】：

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