隨著在軌服務(wù)、空間攻防等的發(fā)展,空間飛行器相對(duì)導(dǎo)航技術(shù),特別是空間飛行器自主相對(duì)導(dǎo)航技術(shù)的需求日益增多。相機(jī)在空間相對(duì)導(dǎo)航中是一種常用的傳感器,具有體積小、重量輕,價(jià)格低,功耗小的特點(diǎn)。但相機(jī)受制尺寸與傳感器分辨率限制,其導(dǎo)航精度有限。通過利用航天器上均安裝的慣性測(cè)量單元（IMU）與相機(jī)組合使用,能夠相互補(bǔ)充,顯著提升導(dǎo)航精度。本文圍繞不同類型的空間非合作目標(biāo)利用單目視覺與慣導(dǎo)組合進(jìn)行相對(duì)導(dǎo)航的問題進(jìn)行了研究,成果如下:對(duì)于模型已知的非合作目標(biāo),可由模型獲得尺度信息,且衛(wèi)星質(zhì)心位置是已知的。利用提出的預(yù)積分算法能夠?qū)⑺⑿侣蔬h(yuǎn)高于相機(jī)的IMU的多幀數(shù)據(jù)整合為一個(gè)參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)與相機(jī)幀率的一致,以進(jìn)行優(yōu)化。使用滑動(dòng)窗口濾波器,通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)窗口大小,達(dá)到調(diào)整導(dǎo)航精度與計(jì)算量的目的,并且通過窗口滑動(dòng),將舊的信息轉(zhuǎn)移至新的滑動(dòng)窗口,能夠在新的滑動(dòng)窗口中保留舊信息,提高導(dǎo)航精度,一方面避免了卡爾曼濾波的低精度、低魯棒性,另一方面也保證系統(tǒng)不會(huì)像使用最小二乘法時(shí)一樣由于過大的計(jì)算量而崩潰。同時(shí)利用數(shù)學(xué)仿真,驗(yàn)證了該相對(duì)導(dǎo)航方法具有良好的性能,并展示了滑動(dòng)窗口在加入不同數(shù)量的狀態(tài)量時(shí)導(dǎo)航精度與運(yùn)算量的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

–1論文結(jié)構(gòu)框架圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-8-第2章基礎(chǔ)理論2.1引言本章主要推導(dǎo)總結(jié)在進(jìn)行航天器相對(duì)導(dǎo)航時(shí)需要使用的基礎(chǔ)知識(shí)。一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)需要測(cè)量與優(yōu)化兩部分，本章將首先介紹測(cè)量需要使用的坐標(biāo)系、傳感器模型，這是建立測(cè)量模型的基矗為方便傳感器測(cè)量的姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行保存計(jì)算，本文使用四元數(shù)進(jìn)行姿態(tài)的測(cè)量計(jì)算。在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，本章將簡(jiǎn)單介紹李群與李代數(shù)，并給出李代數(shù)的一些運(yùn)算性質(zhì)。優(yōu)化方法將使用不同于傳統(tǒng)的卡爾曼濾波器的滑動(dòng)窗口濾波器，以利用其精度高、運(yùn)算量有限的良好性質(zhì)。2.2坐標(biāo)系定義坐標(biāo)系是使n維系統(tǒng)中的任意一點(diǎn)可以以n個(gè)標(biāo)量表示的系統(tǒng)，是用來描述空間位置的基矗接下來定義本文使用的坐標(biāo)系。2.2.1地心赤道坐標(biāo)系地心赤道坐標(biāo)系是以地球作為中心天體，地心為引力體中心的直角慣性坐標(biāo)系。其坐標(biāo)原點(diǎn)為地心，基準(zhǔn)平面為赤道面，x軸在赤道面內(nèi)由地心指向春分點(diǎn)，z軸由地心指向地球北極，y軸與x軸、z軸構(gòu)成右手系。地心赤道坐標(biāo)系通常作為地心慣性系（ECI）。2.2.2飛行器當(dāng)?shù)卮怪彼娇臻g直角坐標(biāo)系飛行器當(dāng)?shù)卮怪彼娇臻g直角坐標(biāo)系（Local-verticalLocal-horizontal，LVLH），以飛行器質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以軌道平面為基準(zhǔn)面。x軸沿地心指向飛行器質(zhì)心方向，z軸沿飛行器角動(dòng)量方向，y軸與x軸、z軸構(gòu)成右手系。圖2-1LVLH坐標(biāo)系[35]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-13-""ZXYfXY==(2-36)得""XXfZYYfZ==(2-37)由像素坐標(biāo)系的定義，可知成像平面上特征點(diǎn)的位置[X",Y"]與像素坐標(biāo)系下特征點(diǎn)位置的關(guān)系為xyXufcZYvfcZ=+=+(2-38)其中xc，yc代表像素坐標(biāo)系原點(diǎn)的偏離平移量。圖2-2針孔相機(jī)模型[37]如果將像素坐標(biāo)系下特征點(diǎn)位置記為齊次坐標(biāo)，可以得到01101001xyufcXvfcYZZZ==KP(2-39)其中的一般記做相機(jī)的內(nèi)參矩陣，在使用K前進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定獲得。


本文編號(hào)：3046811