基于自然特征的航天器相對(duì)導(dǎo)航方法及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、相對(duì)導(dǎo)航技術(shù)是交會(huì)對(duì)接和空間在軌服務(wù)等航天器接近操作中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。本文針對(duì)相對(duì)導(dǎo)航任務(wù)及航天器自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出了基于單目視覺點(diǎn)線結(jié)合及雙目視覺異面雙圓的相對(duì)導(dǎo)航技術(shù),并通過數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案和算法的可行性。本文所取得的主要研究工作如下:
　　首先,在合作目標(biāo)航天器利用特殊標(biāo)識(shí)組成的特征點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)導(dǎo)航的基礎(chǔ)上,結(jié)合航天器自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了在合作目標(biāo)上的特殊標(biāo)識(shí)出現(xiàn)故障或非合作目標(biāo)上沒有特殊標(biāo)識(shí)造成無法估計(jì)相對(duì)位姿情況下的基

2、于線和點(diǎn)線結(jié)合的方案。推導(dǎo)了特征點(diǎn)共線誤差和特征線共面誤差的統(tǒng)一描述方法,利用快速全局收斂的正交迭代法求解相對(duì)位姿參數(shù),并對(duì)該算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　其次,根據(jù)多數(shù)航天器都會(huì)設(shè)計(jì)圓形構(gòu)造、圓形從各方位都應(yīng)幾乎都為橢圓圓和圓的空間恢復(fù)精度高等特點(diǎn),本文研究了空間圓的恢復(fù)和利用空間圓的位姿估計(jì)問題。針對(duì)單目視覺下圓的一張圖像恢復(fù)空間圓時(shí)圓平面存在二義性且確定圓心的位置須先獲得圓的半徑信息,本文提出了雙目視覺消除圓平面二義性問題及在半徑

3、未知的情況下恢復(fù)空間圓的位置;并在雙目視覺下,利用異面雙圓對(duì)航天器相對(duì)位姿參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。通過仿真驗(yàn)證了本文提出的圓的空間恢復(fù)的可行性及圓的空間位置恢復(fù)的高精度性,并估計(jì)出了相對(duì)位姿參數(shù)。
　　最后,針對(duì)高階特征提取不同于特殊標(biāo)識(shí)通過閾值處理就能獲得信息的問題,采用Hough變換來提取目標(biāo)結(jié)構(gòu)上的特征線,并對(duì)由于特征邊緣粗糙引起的提取問題提出了解決方案;根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求,對(duì)所用像機(jī)內(nèi)參數(shù)采用張正友標(biāo)定法進(jìn)行了標(biāo)定。結(jié)合所提取的特征與標(biāo)