结合极化自注意力机制的空间目标位姿估计

利用深度学习强大的特征提取能力和残差网络的捷径反馈机制，设计了端对端的图像位姿估计方法。该方法提高网络特征的学习能力，将Polarized Self-Attention注意力模块嵌入到残差网络ResNet-50中，对空间目标图像中的空间信息进行了增强。由于空间目标的位置和姿态信息相互独立，将其分为两个不同的网络结构分支通过回归分别得到两者的信息。其中，在姿态信息回归分支中，对姿态信息进行软分配编码，相比直接回归有效减少了姿态误差。最后在URSO空间目标图像数据集上进行了实验验证，所提算法对空间目标位姿估计取得了更好的估计结果。     

绕飞过程中小天体三维模型重构及探测器运动估计研究

提出了一种利用绕飞段拍摄序列图像对小天体三维模型进行重构,同时估计探测器位 置姿态的方法。利用PCA\|SIFT算法对探测器绕飞小天体过程中拍摄的序列图像进行特征点 提 取及匹配,得到稳定的特征点序列。在窄视场拍摄条件下,通过弱透视投影变换简化成像模 型,并利用SVD因式分解算法重构了小天体的三维模型,同时估计出探测器的位置和姿态。 通过实际拍摄的图像以及人工数据分析了距离远近、特征点个数、图像帧数以及视场角等因 素对三维重构精度以及探测器位姿估计的影响。仿真结果表明该算法可以有效的用于小天体 模型重构以及探测器的运动估计。
     

空间目标姿态角估计与RCS反射图生成

介绍了一种空间目标姿态角估计方法,并在此基础上生成了RCS反射图.该方法主要是在直角坐标系中对目标的运动特征用二次项进行描述,并用最小二乘估计求解二次方程,从而根据运动方程估计出目标的姿态角.实测数据验证结果表明,该方法能够有效地估计出空间目标的姿态角变化情况,并可反映出目标RCS随其姿态变化的规律.     

采用单目视觉的非合作目标星状态估计

针对微小卫星逼近观测未知的空间翻滚非合作目标星任务，提出一种基于单目视觉的目标星相对状态估计方法。在建立追踪星/目标星相对运动模型的基础上，以单目相机识别并测量获得的目标星固有特征的像素位置为观测输入，通过扩展卡尔曼滤波算法实现对目标星相对位置、相对速度、相对姿态、角速度、惯量比和特征位置等状态的估计。仿真结果表明,该方法能够很好地实现对未知非合作目标星的相对状态估计，姿态估计误差小于2°，位置估计误差小于0.1 m，特征点位置平均估计误差小于0.04 m。     

基于星箭对接环同心圆结构的卫星姿态估计方法

针对基于星箭对接环单圆特征进行姿态估计具有二值性的问题,文章根据空间同心圆环的代数约束关系求解出空间圆环法向量,从而利用单一的星箭对接环结构,计算出目标卫星与追踪卫星之间的相对姿态。仿真试验计算了在不同测量距离及噪声情况下,星箭对接环定姿的误差,并进行分析,实现了在不依靠额外测量信息的情况下,利用单目视觉系统独立对圆心未知、半径未知的星箭对接圆环平面法向量求解,并得到目标卫星相对于跟踪卫星的姿态角,从而为空间非合作目标的姿态估计提供参考。     

采用三种学习与表示策略的合成孔径雷达自动目标识别

阐述了一种新的合成孔径雷达自动目标识别结构，这种结构是以能高精度地估计目标姿态角为前提条件的。本文所述分类器设计的优点是：由于有姿态信息，可以采用较少的特征对目标实现高准确度的分类，从而降低了输入空间的复杂性。此外，对分类器的训练可以根据不同的情况区别对待，这也改进了分类器的性能，降低了复杂性。文中比较了三种构建模式空间与判别函数的学习与表示策略：Vapnik的支撑矢量机（SVM），针对神经网络新提出的一种二次互信息（QMI）代价函数， 以及最近利用多分辨率概念扩展的主分量分析方法（PCA－M）。利用MSTAR（运动与静止目标捕获与识别）数据库得到的实验结果表明，我们的分类器的性能优于标准的模板匹配型分类器。我们也评估了分类器对易混淆目标的检测、分类质量、表明对易混淆目标的抑制能力有显著的改善。     

地基光学图像中本体-帆板结构航天器姿态估计方法

提出一种利用地基光学图像估计空间目标姿态的方法。针对本体-帆板结构航天器外形结构特点，定义了一种不易遮挡的两轴结构特征，设计了地基光学图像中该特征的提取方法；根据航天器成像过程建立了特征点二三维几何投影方程，实现了航天器三维姿态的解算。利用单站序列图像，可获得航天器姿态变化角速度信息。在轨航天器的试验结果表明，本方法能有效地从地基光学图像估计出航天器姿态。     

无陀螺卫星姿态的二阶插值非线性滤波估计

采用四元数作为姿态描述参数，提出了一种确定无陀螺卫星姿态的新方法，即二阶插值非线性姿态估计算法，它能够利用星敏感器提供的矢量观测信息准确地估计三轴稳定卫星的姿态。这种姿态估计算法的实现非常简单，其运算量与传统的扩展卡尔曼滤波姿态估计算法相当，但滤波性能却与基于二阶泰勒级数近似得到的非线性姿态估计算法一致。而且，在二阶插值非线性姿态估计算法中，不会遇到由四元数正交约束所造成的协方差阵奇异性问题。     

对空间碎片的相对位姿估计

针对几何、质量特性参数均未知的空间碎片,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对位姿估计算法。该算法以单目相机获得的目标图像特征视线信息作为测量输入,以目标姿态、姿态角速度、惯量比、相对位置、相对速度和特征位置作为滤波状态。对算法进行可观性分析,给出两个可以保证算法可观性的条件。分别针对不同条件进行数值仿真,仿真结果表明新算法能够对几何和质量参数未知的空间碎片进行有效的相对位姿 估计。     

一种用于静态红外地球敏感器的高效算法

为提高微纳卫星的姿态检测效果，针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点，以单张红外成像为研究对象建立成像模型，提出了间隔向量积与t Location-Scale分布置信区间均值结合的算法。将红外成像投影到空间球体上形成空间像点环；在像点环上间隔取点做向量积，得到当前目标姿态角的样本集合；通过t Location-Scale分布进行极大似然估计，得到目标姿态角样本均值和方差的估计量；再次计算1σ置信区间内样本均值，最终得到目标姿态角的估计值。相比于原算法，目标姿态角在±10°内的标准差由0.06°下降为0.03°，精度提高了50%。另外为避免迭代收敛的耗时问题，给出了应用于实际工程的查表法，使运算速度提高了87%，提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。     

非合作大目标位姿测量的线结构光视觉方法

空间机器人与非合作大目标交会接近最终段,单目相机不能获取完整的特征图像而无法完成相对位姿测量。针对此问题,提出基于线结构光和单目视觉的相对位姿测量方法。以非合作大目标上的局部矩形特征为测量对象,首先,建立相对位姿测量模型并给出四个测量坐标系之间的关系;其次,通过相机对不完整矩形和线结构光的约束获得四个特征点在相机坐标系下的坐标;然后,利用四个特征点计算相机坐标系与目标坐标系之间的转移矩阵;最后,将转移矩阵分解得到矩形特征的相对位姿。通过改变影响测量精度的输入误差和标定误差等因素对该方法进行仿真验证,结果表明该测量方法是有效的。     

基于偏振光的导航定姿自适应滤波算法

针对小型无人机三维空间内姿态解算问题,基于惯性测量单元与偏振光传感器组成的航姿参考系统,提出了一种自适应滤波姿态估计算法。在常规互补滤波算法基础上,为解决实际飞行过程中存在的运动加速度干扰以及天空中水汽分布异常等问题,建立了相应的自适应调节框架结构。实验结果表明:提出的算法能有效抑制外界干扰因素对姿态解算精度的影响,提高了偏振光组合导航系统的稳定性与可靠性,增强了系统对外界复杂因素的抗干扰能力。     

基于图像的着陆点评估及探测器运动估计方法

针对深空探测任务特点给出了一种基于导航图像的探测器着陆点选择与探测器运 动估计技术。考虑到在着陆初始阶段(探测器高度＞2 km)导航相机所拍摄到的天体表面 近似为平面。这里通过跟踪至少4个平面内的特征点在导航图像序列 中的位置, 利用最小二乘法计算单应矩阵,由该矩阵得到探测器部分相对运动参数。结合激光测距仪给 出的探测器与天体表面之间的距离信息,可以得到全部6自由度参数。安全着陆点的选择与 评估首先利用图像灰度预选出平整的着陆点,再由着陆点对应的单应矩阵和之前获得的帧间 相对运动验证着陆点坡度。蒙特卡洛仿真结果表明,着陆点评估算法能够有效地选取满足平 整和坡度要求的着陆点,运动估计算法实时地对探测器参数进行估计,平移估计相对误 差小于10％,旋转估计误差小于0.23°。
     

大型空间结构的自适应控制

本文将Bar-Kana等人的模型参考自适应控制法(MRAC)用于柔性结构的自适应控制中,原方法要求系统的输入维数等于输出维数。对于柔性的大型空间结构(LSS),观测量的数目往往大于输入量的数目。本文采用组合LSS各观测点的信号,形成综合输出矢量Y_P,以满足自适应控制系统中,用较少的控制输入达到控制LSS结构中较多观测点的要求。为了克服跟踪误差,本文建议用最优返馈增益阵作为输出阵C_P,并采用LQR理论以求C_P。 本文将大型空间结构的实例简化成离散模型,进行模拟计算,计算结果说明系统有较好的跟踪特性,当LSS的柔度变化较大时,系统具有跟踪的鲁棒性。     

一种弹道修正弹SINS任意滚转角快速粗对准方法

针对弹道修正弹药出炮口后滚转角处于随机状态,捷联惯导系统(SINS)失准角过大时卡尔曼滤波收敛困难的问题,提出在卫星拒止环境下利用神经网络快速估计初始滚转角的改进方法。在炮口处布设少量导航信标,建立反向传播(BP)神经网络拟合初始滚转角与观测量间的非线性映射模型。针对信标辅助下姿态弱可观的问题,引入惯导测量参数作为输入,提高网络估计精度。采用主成分分析法进行特征提取,简化网络结构。仿真结果表明,与基于非线性卡尔曼滤波的对准方法相比,本算法可实现任意滚转角下的快速粗对准;对射角、初始俯仰角误差未在训练范围内以及存在布设误差等场景也进行了测试,与未优化的BP网络相比,对准精度更高,鲁棒性更好。     

超大柔性空间结构姿态振动耦合稳定性分析

针对太阳帆塔等细长结构的空间太阳能电站构型，以圆轨道内平面运动的空间柔性梁为研究对象，在质心浮动坐标系下，基于Hamilton原理建立了姿态运动与弯曲振动的耦合动力学模型。引入简谐形式的姿态运动假设，并验证了假设的合理性。基于此假设，分析了姿态运动与重力梯度对弯曲振动的第一阶频率的影响，重力梯度项的影响为简谐波动形式，而姿态运动使得弯曲振动频率降低，两者作用均随初始姿态角增大而增强。同时，推导了Mathieu方程形式的模态振动方程，并利用小参数摄动分析方法，得到了不同初始姿态角下的弯曲振动的稳定图，发现当初始姿态角越大时不稳定区域就越大。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题，提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理，将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程，给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果，给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则，建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法，形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

基于未知地标被动观测的飞航导弹SINS俯仰姿态误差估计方法

针对飞航导弹单独使用时SINS存在姿态估计精度随时间降低的问题,提出了基于未知地标被动观测的SINS俯仰姿态误差估计方法。首先,根据飞航导弹中制导段飞行的特点,把SINS俯仰姿态误差估计问题转化为攻角估计问题。然后,在不改变导弹巡航路径的前提下,利用弹上成像导引头对视场内任意未知地标连续被动观测,分别提出了弹体坐标系和速度坐标系下的攻角估计方法,并分析了观测噪声对量测方程系数的影响。最后,利用平均去噪的思想对估计结果进行处理,提高了SINS俯仰姿态误差的估计精度。仿真结果表明：两种方法都能有效估计出飞航导弹SINS俯仰姿态量测误差。