基于對偶四元數(shù)的航天器相對導(dǎo)航方法研究.pdf

1、隨著航天器在交會對接及空間攻防領(lǐng)域的發(fā)展，對航天器相對導(dǎo)航算法的精度和可靠性等方面提出了新的要求。本文基于此，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“航天器軌道和姿態(tài)耦合動力學(xué)建模與一體化控制方法研究”、國家教育部博士點基金項目“航天器姿態(tài)軌道確定的一體化方法及多信息融合導(dǎo)航”，以航天器交會對接相對導(dǎo)航問題為研究對象，分析近距離相對導(dǎo)航任務(wù)的特點，建立基于對偶四元數(shù)的航天器相對位置姿態(tài)一體化描述形式，設(shè)計基于單目視覺多自然特征信息融合的位姿確定迭代算

2、法及基于視覺與慣性器件組合的相對導(dǎo)航算法。本文主要工作分為以下三方面：
　　首先，建立目標(biāo)航天器相對于追蹤航天器位置與姿態(tài)的統(tǒng)一描述方式，設(shè)計基于單目視覺的相對導(dǎo)航方案，選取目標(biāo)航天器特征線在追蹤航天器相機(jī)像平面上的投影作為測量量，并基于對偶四元數(shù)對測量量進(jìn)行描述，對投影線對偶矢量的對偶部擬線性化，推導(dǎo)位姿確定迭代算法。仿真驗證算法有效且收斂速度較快。
　　其次，分析目標(biāo)航天器點、線等多自然特征信息特點，并在對偶四元數(shù)框架內(nèi)

3、以統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型加以描述，推導(dǎo)了基于點、線特征的多特征融合單目視覺導(dǎo)航算法，算法改善了僅利用某一種特征信息的由于特征光標(biāo)損壞、遮擋或特征提取和匹配錯誤導(dǎo)致特征數(shù)據(jù)量不足的局限，克服了傳統(tǒng)多特征描述方法不同而導(dǎo)致融合算法設(shè)計復(fù)雜的問題。
　　最后，分析僅利用單幅圖像信息位姿確定算法中無法直接測量線速度和姿態(tài)角速度信息以及無法消除相機(jī)測量噪聲的不足，建立兩種航天器相對導(dǎo)航方案。方案一以僅選用視覺相機(jī)，觀測目標(biāo)航天器特征線在像平面投影的