小天体探测序列图像自主相对导航系统可观测性分析

小天体探测对探索宇宙起源、解决地球资源问题具有重要意义,研发小天体探测器及实施小天体探测已成为各国未来发展的重点.受地面测控网指令时延的影响,小天体探测器需自主获取小天体的位置、速度信息,即具备自主相对导航的能力,基于序列图像的自主相对导航系统不仅可提供包含小天体运动信息的角度观测量,还具有低成本、低功耗的优点,是一种理想的小天体探测自主相对导航方法,是目前研究的热点.可观测性分析可评估导航系统的观测能力是研究导航系统的基础.本文针对小天体探测序列图像自主相对导航系统非线性带来的可观测性分析问题,基于微分几何理论,推导了系统0至2阶李导数,建立了系统可观测性矩阵,基于秩判据分析了典型小天体探测轨道流形下序列图像自主相对导航系统的局部弱可观测性.分析结果表明,仅依靠序列图像小天体探测器可完备估计小天体运动状态.此外,本文提出了序列图像自主相对导航系统的可观测度量化方法,并分析了相对轨道流形变化对可观测度的影响,相关结论可指导小天体探测器轨道设计,具有一定的工程实用价值.     

基于双目光学图像信息的空间非合作目标自主相对导航方法

针对无任何先验信息的空间非合作目标相对导航问题,提出了一种仅基于双目视觉图像测量的自主相对导航方法.首先,建立了非合作目标双目图像测量辨识模型及特征位置矢量解算方法.利用观测卫星相机系下的目标相对位置矢量观测序列,结合卫星姿态、相机安装方位等信息,给出了非合作目标初始相对运动状态估计及导航滤波参数初始化方法.之后采用考虑状态噪声补偿以及观测方差矩阵和状态噪声矩阵自适应修正的扩展卡尔曼滤波算法,完成空间非合作目标自主相对导航解算.最后以低轨非合作目标逼近段为例进行相对导航仿真,验证了该方法的有效性.     

基于序列图像的深空小天体运动状态估计

近年来,随着空间技术的进步,大部分国家逐渐开始关注深空小天体探测,这属于典型空间非合作目标探测任务.与合作目标相比,空间非合作目标具有典型的特征,如无先验知识、无合作标识和无通信等.但是在附着之前,必须获取空间非合作目标的必要信息.如何通过非接触的方式获取目标的姿态、角速度和惯性参数是深空小天体探测的重要技术之一.研究工作提出了一种估计未知非合作目标姿态、运动与惯量特性的新方法,仿真证明了在不同目标特性与状态工况下的方法有效性.此外,主惯量参数比的准确率能够达到90%.在所有这些工况中,非常重要的环节是视觉算法必须保证良好且精确的目标特征点信息.总之,本文给出了一种有前景与有效的用于小天体附着前的运动与参数辨识方法,此方法非常高效且适合星上应用.