我國的空間事業(yè)飛速發(fā)展,對在軌服務(wù)技術(shù)的要求也越來越高。在軌服務(wù)服務(wù)包括失效航天器的在軌捕獲。然而,失效航天器是非合作目標且空間環(huán)境復(fù)雜多變,增加了近距離捕獲的難度。為了解決該問題,將同步定位與地圖構(gòu)建（SLAM）技術(shù)應(yīng)用到空間非合作目標的研究中。本文以空間長期失效航天器為服務(wù)對象,基于激光雷達SLAM對近距離自主捕獲系統(tǒng)進行方案設(shè)計以及關(guān)鍵技術(shù)研究,有助于提高空間資源利用率,為未來我國在軌服務(wù)技術(shù)提供研究思路。本文的主要工作包括以下幾個方面:論文首先對失效目標航天器的近距離自主捕獲系統(tǒng)的總體設(shè)計思路進行了梳理,對關(guān)鍵技術(shù)進行分析,并設(shè)計了總體方案。同時,對長期失效航天器的典型機構(gòu)和運動特點進行分析,構(gòu)建出系統(tǒng)的應(yīng)用場景,并對方案的可行性作分析,為后續(xù)捕獲技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。其次,論文研究了一種基于SLAM的失效航天器的環(huán)境建模方法。將通用的圖優(yōu)化SLAM方法應(yīng)用到空間近距離捕獲任務(wù)的場景中,利用激光雷達和慣性傳感器采集數(shù)據(jù),建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)并構(gòu)建服務(wù)航天器的位姿圖,然后利用閉環(huán)檢測的約束信息對位姿圖進行優(yōu)化。為解決SLAM算法在動態(tài)場景中產(chǎn)生累積誤差問題,本文根據(jù)失效目標航天器自身運... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 同步定位與地圖構(gòu)建的研究
        1.2.2 在軌失效航天器的位姿測量的研究
        1.2.3 航天器捕獲非合作目標的研究
        1.2.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 近距離自主捕獲系統(tǒng)方案及失效航天器分析
    2.1 引言
    2.2 近距離自主捕獲系統(tǒng)總體方案設(shè)計
        2.2.1 近距離自主捕獲系統(tǒng)設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù)分析
        2.2.2 近距離自主捕獲系統(tǒng)方案總體設(shè)計
    2.3 坐標系、姿態(tài)描述及數(shù)學(xué)模型
        2.3.1 坐標系
        2.3.2 三維空間剛體轉(zhuǎn)動
        2.3.3 姿態(tài)描述方法
        2.3.4 姿態(tài)動力學(xué)方程
        2.3.5 姿態(tài)運動學(xué)方程
    2.4 失效航天器分析
        2.4.1 失效航天器的典型機構(gòu)
        2.4.2 失效航天器的動力學(xué)建模
        2.4.3 失效航天器上典型機構(gòu)的運動狀態(tài)分析
    2.5 近距離自主捕獲方案分析
        2.5.1 失效航天器的空間應(yīng)用環(huán)境
        2.5.2 近距離自主捕獲系統(tǒng)的場景構(gòu)建
        2.5.3 近距離自主捕獲系統(tǒng)的可行性分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于SLAM的失效航天器環(huán)境建模研究
    3.1 引言
    3.2 基于先驗子圖檢測的同步定位與地圖構(gòu)建的框架設(shè)計
    3.3 位姿圖構(gòu)建
        3.3.1 SLAM問題的數(shù)學(xué)描述
        3.3.2 位姿圖構(gòu)建的總體框架
        3.3.3 連續(xù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)
        3.3.4 構(gòu)建位姿圖
    3.4 位姿圖優(yōu)化
        3.4.1 基于先驗子圖檢測的位姿優(yōu)化總體框架
        3.4.2 全因子圖模型
        3.4.3 先驗子圖檢測
        3.4.4 回環(huán)檢測
        3.4.5 圖優(yōu)化
        3.4.6 構(gòu)建地圖
    3.5 仿真研究
        3.5.1 實驗環(huán)境及過程
        3.5.2 實驗結(jié)果及分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 失效航天器的識別及位姿估計算法研究
    4.1 引言
    4.2 失效航天器的典型機構(gòu)的識別及位姿估計總體框圖
    4.3 失效航天器典型機構(gòu)的識別
        4.3.1 點云預(yù)處理
        4.3.2 法線估計
        4.3.3 點云特征提取
        4.3.4 典型機構(gòu)識別
    4.4 失效航天器典型機構(gòu)的位姿估計
        4.4.1 RANSAC初始配準
        4.4.2 ICP精配準
        4.4.3 位姿優(yōu)化
        4.4.4 位姿轉(zhuǎn)換
    4.5 仿真研究
        4.5.1 實驗環(huán)境及過程
        4.5.2 實驗結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 近距離自主捕獲策略和路徑規(guī)劃研究
    5.1 引言
    5.2 服務(wù)航天器捕獲失效航天器的總體框架
    5.3 服務(wù)航天器與失效航天器的相對位姿建模以及捕獲策略研究
        5.3.1 相對位置動力學(xué)建模
        5.3.2 相對姿態(tài)動力學(xué)建模
        5.3.3 失效航天器的捕獲策略研究
    5.4 服務(wù)航天器接近失效航天器階段中路徑規(guī)劃研究
        5.4.1 路徑規(guī)劃問題描述及約束條件
        5.4.2 A*算法的基本原理
        5.4.3 基于A*算法的路徑規(guī)劃
        5.4.4 基于APF改進的A*算法的路徑規(guī)劃
    5.5 仿真研究
        5.5.1 實驗環(huán)境及過程
        5.5.2 實驗結(jié)果分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 后續(xù)研究工作展望
參考文獻
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻】：
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本文編號：3484174