交會(huì)對(duì)接仿真平臺(tái)中基于iGPS與CCD的組合導(dǎo)航.pdf

1、本論文的主要研究工作是交會(huì)對(duì)接仿真平臺(tái)的iGPS與CCD組合導(dǎo)航算法。論文首先分別論述了iGPS與CCD相機(jī)的測(cè)量方法，然后將兩種測(cè)量手段進(jìn)行組合，提出了iGPS與CCD組合導(dǎo)航算法。
　　首先，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求討論了檢測(cè)角點(diǎn)的算法。利用拉普拉斯高斯算法檢測(cè)圖像的邊緣，在得到區(qū)域的邊緣后利用Hough變換完成對(duì)角點(diǎn)檢測(cè)。在得到目標(biāo)航天器的特征角點(diǎn)之后，利用兩階段迭代算法求解目標(biāo)航天器相對(duì)于追蹤航天器的位置和姿態(tài)。兩階段迭代算法將物

2、體位置和姿態(tài)的求解轉(zhuǎn)化為受約束的非線性優(yōu)化問(wèn)題，其具體過(guò)程分為景深估計(jì)和位姿解算兩個(gè)階段，可以證明兩階段法是一種快速全局收斂的迭代算法。對(duì)兩階段迭代算法的仿真表明：算法收斂快，對(duì)目標(biāo)航天器在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的景深以及目標(biāo)航天器位姿的解算精度較高。
　　其次，對(duì)GPS測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。介紹了GPS測(cè)量系統(tǒng)在航天器交會(huì)對(duì)接中的應(yīng)用。然后介紹了iGPS測(cè)量系統(tǒng)，iGPS測(cè)量系統(tǒng)與GPS測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)系，iGPS的使用過(guò)程，以及影響i

3、GPS測(cè)量系統(tǒng)精度的因素。接著詳細(xì)論述了利用iGPS測(cè)量系統(tǒng)確定追蹤航天器位置和姿態(tài)的具體過(guò)程。對(duì)奇異值分解法進(jìn)行了仿真分析，得到利用其計(jì)算追蹤航天器位置和姿態(tài)的精度。仿真結(jié)果表明奇異值分解法計(jì)算速度快，計(jì)算結(jié)果精度較高。
　　最后，針對(duì)追蹤航天器的位姿解算問(wèn)題，設(shè)計(jì)EKF對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)，使用誤差四元數(shù)作為系統(tǒng)狀態(tài)量，對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程使用泰勒展開并忽略高階項(xiàng)得到系統(tǒng)的線性化狀態(tài)方程。以iGPS作為觀測(cè)器，利用四元數(shù)合成法

4、則推導(dǎo)得到系統(tǒng)線性化觀測(cè)方程。之后就可以對(duì)系統(tǒng)的姿態(tài)偏差進(jìn)行估計(jì)。設(shè)計(jì)UKF對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，同樣以誤差四元數(shù)作為系統(tǒng)狀態(tài)量，狀態(tài)方程和觀測(cè)方程的線性化與EKF相同。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行Unscented變換，采用Chelosky方法對(duì)狀態(tài)誤差方差陣分解求得sigma點(diǎn)，將其代入系統(tǒng)方程進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，再結(jié)合系統(tǒng)觀測(cè)方程進(jìn)行更新計(jì)算，通過(guò)算術(shù)加權(quán)平均就可以得到姿態(tài)偏差的估計(jì)。之后對(duì)卡爾曼濾波算法進(jìn)行仿真分析。然后，利用iGPS與CCD組合測(cè)量