空间非合作目标基于点云模型的视觉与惯性融合相对导航方法与实验研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61573115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The rendezvous and docking of non-cooperative target is one of the key technologies of on-orbit operation. Vision measurement is the main navigation approach during the stage of proximity operations. For the reasons of no luminous markers on the target, the disturbance of light pollution and occlusion, the estimation of position and attitude for non-cooperative target becomes a challenge problem. This project fuses the method of point-sets-based vision measurement and the inertial technology. A high accurate algorithm of relative navigation for non-cooperative target is presented..It takes advantage of binocular vision to get the scattered points data about non-cooperative target, and its model of point sets and docking mechanism are obtained by processing these points data.Maximum a posteriori estimation and conditional Gaussian distributions are exploited to the design of Gaussian filter. And the high-precision relative state with respect to non-cooperative target is estimated by combining with the constraint relationship between the data of vision and inertial navigation system. Finally, the validity of the proposed method is verified by simulation.
非合作目标的交会对接是航天器在轨操控的关键技术之一。在近距离逼近段,视觉测量是其主要的导航手段。由于非合作目标没有已知的光点标志,同时也由于空间光学污染、遮挡等因素的影响,使得非合作目标的位姿测量成为一个挑战性的课题。本项目将基于点云模型的视觉测量方法与惯性技术融合,提出一种高精度的非合作目标相对导航策略。.利用双目立体视觉的测量方式来获取非合作目标的散乱点云数据,通过对散乱点云数据的处理,获得非合作目标的点云模型,进而完成对其对接机构的识别。通过将极大验后估计、高斯条件分布等性质融合进高斯滤波器设计的方式,结合视觉、惯导数据约束关系模型,给出高精度的非合作目标相对导航参数。最后,通过仿真验证所提出方法的有效性。

结项摘要

非合作目标的交会对接是航天器在轨操控的关键技术之一。在近距离逼近段,视觉测量是其主要的导航手段。由于非合作目标没有已知的光点标志,同时也由于空间光学污染、遮挡等因素的影响,使得非合作目标的位姿测量成为一个挑战性的课题。本项目利用基于点云模型的视觉测量方法与惯性融合,对空间非合作目标的相对导航问题进行了深入研究。主要研究内容包括如下两个部分:. 第一部分,研究了基于点云模型的视觉测量信息处理问题。首先对双目立体视觉采样获取的规模较大的散乱点云数据进行光顺去噪、模型配准和模型修理等操作,解决点云数据存在的大量冗余及噪声问题。其次通过利用模型特征线代替数量庞大的点云数据进行模型重构,并在模型重建中以尖锐特征曲线作为约束条件。然后对点云进行进一步微分几何属性的计算与分析,利用采样点的几何属性提高建模精度。最后,根据一定的几何及拓扑特征对所建立点云模型进行分块,实现数据预处理。. 第二部分,研究了在太空复杂的环境中,存在多种非理想条件下的基于视觉测量与惯性信息融合的非合作目标相对导航问题。首先,在非合作目标的轨道信息未知的条件下,建立不含目标轨道信息的相对运动模型,然后针对导航过程中可能出现噪声相关、模型参数未知等问题,设计了基于高斯滤波框架的导航算法,最后,针对组合导航中系统具有强非线性和不确定性的问题,对现有的基于贝叶斯框架下的高斯类非线性滤波算法的估计性能进行分析,包括估计精度、数值稳定性及算法耗时三个方面,分析结果可作为选择组合导航系统滤波算法的参考。.

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
具有轨道参数和惯性张量未知的非合作航天器的相对动力学估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国航空学报(英文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张秀杰;刘凌宇;王硕;宋申民
  • 通讯作者:
    宋申民
基于组合导航系统的非线性高斯滤波算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王硕;宋申民;于浛;史小平
  • 通讯作者:
    史小平
具有同步相关噪声的非线性系统替代高斯滤波框架
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    IET Science, Measurement & Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于浛;张秀杰;王硕;宋申民
  • 通讯作者:
    宋申民
共 3 条
  • 1
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其他文献

基于无模型无迹粒子滤波的编队卫星相对运动估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    系统工程与电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏喜庆;宋申民;张保群
  • 通讯作者:
    张保群
基于分数阶滑模的挠性航天器姿态鲁棒跟踪控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓立为;宋申民
  • 通讯作者:
    宋申民
五自由度气浮台位置和姿态的分数阶控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓立为;宋申民;陈兴林
  • 通讯作者:
    陈兴林
基于自适应容积卡尔曼滤波的非合作航天器相对运动估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于浛;魏喜庆;宋申民;刘铭
  • 通讯作者:
    刘铭
带时延和拓扑切换的编队卫星鲁棒协同控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    宇航学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张保群;宋申民;陈兴林
  • 通讯作者:
    陈兴林
共 30 条
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面向在轨操控的多航天器期望模式运动分布式自主协同控制
  • 批准号:
    61174037
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目