本文關(guān)鍵詞：基于立體視覺的非合作航天器近距離相對(duì)導(dǎo)航

  更多相關(guān)文章： 非合作航天器 立體視覺系統(tǒng) 相對(duì)位姿確定 擴(kuò)展卡爾曼濾波 全維狀態(tài)觀測(cè)器 M-估計(jì) 虛擬滑�？刂�

【摘要】：隨著空間技術(shù)的飛速發(fā)展,非合作航天器的空間臨近操作已成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。確定非合作航天器間的相對(duì)位姿,是實(shí)現(xiàn)非合作目標(biāo)的交會(huì)與捕獲等在軌服務(wù)操作的前提。由于非合作航天器不能實(shí)時(shí)有效地提供自身位姿信息,為高效地獲得非合作航天器的相關(guān)參數(shù),在追蹤星上搭載具有非接觸性、低能耗、高性價(jià)比等特性的立體視覺系統(tǒng)作為測(cè)量傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行相對(duì)測(cè)量。本文對(duì)基于立體視覺系統(tǒng)的非合作航天器位姿確定算法進(jìn)行了研究,以期找到更為實(shí)用、精度高、實(shí)時(shí)性好、可靠性強(qiáng)的導(dǎo)航方法,為非合作航天器在軌操作提供一定的參考。為了保證非合作航天器近距離跟蹤測(cè)量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,首先對(duì)立體視覺系統(tǒng)的測(cè)量原理進(jìn)行說(shuō)明,然后對(duì)近距離在軌服務(wù)中追蹤星與目標(biāo)衛(wèi)星之間的相對(duì)姿態(tài)與軌道特性進(jìn)行分析,建立了便于進(jìn)行相對(duì)姿態(tài)與相對(duì)位置建模的坐標(biāo)系,推導(dǎo)了相對(duì)位姿動(dòng)力學(xué)模型,并提出了可行性驗(yàn)證方案。為確保追蹤星安全可靠地逼近非合作航天器,需要精確地獲取非合作航天器的相對(duì)位姿信息,因此本文根據(jù)相對(duì)位姿模型建立了系統(tǒng)方程,并基于立體視覺系統(tǒng)建立了觀測(cè)方程,設(shè)計(jì)了EKF濾波器用于對(duì)非合作航天器進(jìn)行位姿聯(lián)合估計(jì)。由于采用EKF實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置估計(jì)時(shí),會(huì)因求解Jacobian矩陣而進(jìn)行大量的求導(dǎo)運(yùn)算,因此本文結(jié)合相對(duì)位置模型的線性特性,設(shè)計(jì)了線性狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)相對(duì)位置進(jìn)行估計(jì),通過(guò)調(diào)整極點(diǎn)配置方案實(shí)現(xiàn)濾波快速收斂。此外,為提高定位導(dǎo)航的精度和可靠性,采用穩(wěn)健M估計(jì)方法來(lái)減少測(cè)量過(guò)程中觀測(cè)粗差的影響。針對(duì)現(xiàn)有濾波方法用于非合作航天器的姿態(tài)估計(jì)時(shí),存在對(duì)模型精確性要求高、計(jì)算量大的問題,本文提出了一種利用虛擬滑�？刂扑枷雽�(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)估計(jì)的方法。并針對(duì)滑�？刂频牟贿B續(xù)開關(guān)特性引起的抖振問題,引入了一個(gè)滑模邊界層可調(diào)參數(shù),通過(guò)在邊界層內(nèi)施加模糊邏輯控制平滑滑模引起的抖振。為有效驗(yàn)證文中提出的用于相對(duì)姿態(tài)估計(jì)的EKF算法和虛擬滑�？刂品椒�,本文搭建了基于立體視覺測(cè)量系統(tǒng)的相對(duì)導(dǎo)航半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并進(jìn)行了物理驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：非合作航天器 立體視覺系統(tǒng) 相對(duì)位姿確定 擴(kuò)展卡爾曼濾波 全維狀態(tài)觀測(cè)器 M-估計(jì) 虛擬滑�？刂�
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注釋表14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究背景及意義15-16
• 1.2 非合作航天器在軌服務(wù)技術(shù)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 非合作航天器相對(duì)位姿確定技術(shù)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排21-23
• 第二章 近距離在軌服務(wù)非合作航天器動(dòng)力學(xué)建模與驗(yàn)證23-38
• 2.1 引言23
• 2.2 坐標(biāo)系的定義及轉(zhuǎn)換23-26
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義23-24
• 2.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換24-26
• 2.3 雙目立體視覺測(cè)量原理及深度恢復(fù)26-28
• 2.3.1 攝像機(jī)針孔成像模型26-27
• 2.3.2 雙目立體視覺深度恢復(fù)27-28
• 2.4 非合作航天器近距離相對(duì)動(dòng)力學(xué)建模與分析28-34
• 2.4.1 近距離航天器相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)模型推導(dǎo)28-29
• 2.4.2 非合作航天器相對(duì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模型推導(dǎo)29-31
• 2.4.3 近距離在軌操作相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的驗(yàn)證方法31-34
• 2.5 相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型可行性仿真驗(yàn)證34-36
• 2.5.1 相對(duì)位置模型可行性仿真34-36
• 2.5.2 相對(duì)姿態(tài)模型可行性仿真36
• 2.6 本章小結(jié)36-38
• 第三章 運(yùn)動(dòng)模型/立體視覺組合的相對(duì)位姿估計(jì)方法研究38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 立體視覺與運(yùn)動(dòng)模型信息融合的EKF濾波算法38-43
• 3.2.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波算法39-40
• 3.2.2 基于相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的系統(tǒng)模型40-42
• 3.2.3 基于立體視覺系統(tǒng)的觀測(cè)模型42-43
• 3.3 基于狀態(tài)觀測(cè)器的相對(duì)位置估計(jì)算法43-46
• 3.3.1 線性觀測(cè)器原理43-44
• 3.3.2 狀態(tài)觀測(cè)器的量測(cè)方程算法研究44-45
• 3.3.3 全維狀態(tài)觀測(cè)濾波器設(shè)計(jì)45-46
• 3.4 基于M-估計(jì)的濾波抗差算法研究46-48
• 3.4.1 M-估計(jì)抗粗差原理47
• 3.4.2 M-估計(jì)中加權(quán)矩陣的求法47-48
• 3.4.3 M-估計(jì)的應(yīng)用48
• 3.5 仿真分析48-53
• 3.5.1 立體視覺與運(yùn)動(dòng)模型信息融合的EKF濾波算法仿真48-50
• 3.5.2 用于相對(duì)位置估計(jì)的狀態(tài)觀測(cè)器仿真50-51
• 3.5.3 基于M-估計(jì)的濾波抗差效果驗(yàn)證51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第四章 基于虛擬滑模的非合作航天器姿態(tài)估計(jì)算法研究54-65
• 4.1 引言54
• 4.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本原理54-56
• 4.2.1 滑模面的定義54-55
• 4.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制55-56
• 4.3 用于相對(duì)姿態(tài)估計(jì)的虛擬滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)56-58
• 4.3.1 姿態(tài)誤差方程推導(dǎo)56-57
• 4.3.2 虛擬滑�？刂破鲄�(shù)設(shè)定57
• 4.3.3 虛擬滑模反饋控制量推導(dǎo)57
• 4.3.4 李雅普諾夫穩(wěn)定性證明57-58
• 4.4 虛擬滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)的防抖振處理58-61
• 4.4.1 滑模抖振產(chǎn)生原因及解決方法58-59
• 4.4.2 模糊邊界層滑�？刂破髟O(shè)計(jì)59-61
• 4.5 仿真驗(yàn)證與分析61-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第五章 基于立體視覺系統(tǒng)的相對(duì)導(dǎo)航算法物理實(shí)驗(yàn)65-83
• 5.1 引言65
• 5.2 近距離相對(duì)導(dǎo)航半物理仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)65-70
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成66-69
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件模塊69-70
• 5.3 立體視覺系統(tǒng)測(cè)量精度驗(yàn)證70-77
• 5.3.1 立體視覺系統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定70-73
• 5.3.2 特征點(diǎn)提取過(guò)程73-74
• 5.3.3 立體視覺系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果定性分析74
• 5.3.4 立體視覺系統(tǒng)測(cè)量定量統(tǒng)計(jì)74-77
• 5.4 近距離相對(duì)導(dǎo)航濾波算法仿真驗(yàn)證77-82
• 5.4.1 采用EKF的相對(duì)姿態(tài)估計(jì)算法78-80
• 5.4.2 采用虛擬滑�？刂频南鄬�(duì)姿態(tài)估計(jì)算法80-82
• 5.5 本章小結(jié)82-83
• 第六章 全文總結(jié)與展望83-85
• 6.1 本文工作總結(jié)83-84
• 6.2 后續(xù)工作展望84-85
• 參考 文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-90
• 在學(xué)期間的研究成果及學(xué)術(shù)論文情況90

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8 袁樵;立體視覺與前照燈光型模擬[J];燈與照明;2000年06期

9 楊永躍,鄧善熙,丁興號(hào);視覺仿生與立體視覺測(cè)量[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年06期

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1 王幼生;詹敏;代秋楠;;立體視覺的研究進(jìn)展[A];第十二屆廣東省視光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專題講座、論文匯編[C];2009年

2 陸曉?shī)^;;立體視覺技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展預(yù)測(cè)[A];中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)立體圖象技術(shù)專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（第三期）[C];2009年

3 閻冰;趙占娟;遲洪華;;立體視覺及其影響因素[A];中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第六次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2004年

4 任重;邵軍力;;三目立體視覺方法的研究[A];2001年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2001年

5 靳波;葛霽光;;立體視覺深度刺激誘發(fā)認(rèn)知響應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[A];中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)第六次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2004年

6 吳新年;汪云九;;立體視覺計(jì)算模型的惟一性約束[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

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10 胡志萍;歐宗瑛;李云峰;;海上工作平臺(tái)固定用導(dǎo)管架下水運(yùn)動(dòng)參數(shù)立體視覺測(cè)定[A];首屆信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

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1 北京武警總隊(duì)醫(yī)院眼科 副主任醫(yī)師 陶海;立體視覺怎么檢查[N];家庭醫(yī)生報(bào);2006年

2 ;八種立體視覺技術(shù)各有千秋[N];中國(guó)電子報(bào);2009年

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8 王延文;細(xì)微之處保健康[N];中國(guó)老年報(bào);2004年

9 武警總醫(yī)院眼科淚器病中心主任 陶海;看3D電影如何保護(hù)好眼睛[N];北京日?qǐng)?bào);2010年

10 錢 偉;淺色太陽(yáng)鏡對(duì)健康更有益[N];大眾科技報(bào);2005年

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1 李輝;煤礦井下救災(zāi)機(jī)器人立體視覺導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

2 謝利民;基于近場(chǎng)照明的光度立體視覺算法研究[D];華中科技大學(xué);2015年

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6 杜歆;用于導(dǎo)航的立體視覺系統(tǒng)[D];浙江大學(xué);2003年

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3 焦英魁;球面立體視覺三維重建技術(shù)研究[D];天津理工大學(xué);2015年

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10 劉新月;海報(bào)的立體視覺表現(xiàn)[D];吉林藝術(shù)學(xué)院;2015年

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