一种长距离高可靠月面巡视自主导航方法

针对复杂非结构化月面上高精度巡视自主导航的应用需求,提出了一种基于惯导/视觉/天文组合的长距离高可靠自主导航方法。在建立惯性/天文基于原始观测角度信息紧耦组合量测模型和惯性/视觉改进量测模型的基础上,采用异步量测特性的集中自适应滤波算法提高了月面巡视器自主导航系统的导航精度和可靠性。数学仿真结果表明,该方法具有较高的绝对定位和定姿精度,位置和姿态精度分别优于60 m和0.1°,并且具有较高的可靠性和鲁棒性,能够满足月面巡视高精度自主导航的要求。     

星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航

为解决星座仅依靠星间链路测量进行自主导航时的整体旋转和漂移问题，提出一种星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航方法.通过星间观测相机和磁强计，获得同轨道相邻卫星视线矢量与地磁场方向之间的角距和地磁场模值，为低轨星座引入空间基准信息.在非秩亏性分析的基础上，分别建立状态方程和量测方程，利用扩展卡尔曼滤波方法进行整星座的最优状态估计.仿真结果表明，星座卫星自主导航位置精度优于20m，速度精度优于0.05m·s-1，自主导航运行时间维持180天，能够满足低轨卫星星座自主导航的应用需求.      

基于遥感图像的无固定标志点卫星自主定轨

目前基于事先选取地面标志点的卫星自主导航可能会造成误匹配和漏匹配,并且不包含地标点的遥感图像也有可能存在导航信息。为了解决这两个问题,本文提出了一种不依赖事先标定地面标志点的自主导航方法,通过YOLOv3深度学习对获得的遥感图像进行目标识别缩小图像匹配区域,将识别后的目标区域进行图像匹配获得匹配特征点及其像平面坐标,最后利用成像模型计算特征点的地理坐标用于自主导航。仿真结果表明:本文方法相比于有控点精度更高,平均误差为31.943 8 m,平均速度误差为0.038 4 m/s。在引入测角信息与本文所提出的无地面标志点构成多源信息情况下,可以较为快速准确地实现航天器自主定轨。     

空间多机器人协同的多视线仅测角相对导航

研究了空间多机器人对非合作目标的多视线协同仅测角相对导航问题。为利用多视线信息融合提升仅测角相对导航性能，给出了一种可观测度优化的多视线仅测角相对导航方法。首先基于二阶CW方程构建了中心机器人与目标相对动力学模型和状态方程，并构建了仅包含多伴飞机器人视线角的观测方程，结合扩展卡尔曼滤波算法，形成多视线仅测角相对导航系统；然后分析推导得到可观度最优的视线间夹角条件，提出了兼顾可观测度和长期自然维持的多伴飞机器人观测构型优化方法；最后，数学仿真结果表明，提出的多视线仅测角相对导航系统、可观测度最优的视线夹角条件和观测构型优化方法，可以显著提高距离状态可观测度和估计性能，且具有较好的工程可用性。     

非合作目标超近距离光学相对导航方法及半物理仿真系统研究

针对非合作目标研究了一种可实时应用的超近距离相对导航方法,用相机主动获取目标飞行器图像,对图像进行预处理得到有效的边缘段信息。选取立方体卫星作为非合作目标的通用模型,用轮廓精化提取方法进行轮廓的三维重建,并给出了轮廓三维位置和姿态估计信息获取的具体步骤。建立了用四元数和相对欧拉角表示的追踪器与目标器相对姿态的轨道动力学模型,设计了基于衰减扩展卡尔曼滤波的相对导航算法。构建了一套基于运动导轨的半物理仿真系统,以验证算法的有效性和可行性。给出了仿真系统的硬件组成和软件功能。结果表明:所建仿真系统获得的相对距离10~0.5m内非合作目标相对位姿精度分别为0.03~0.15m,0.5°~1.5°,可用于非合作目标超近距离相对导航研究的相关验证;用所提方法可实现非合作目标的实时超近距离相对导航,能同时获得位姿及相关速度类导航信息,精度满足工程要求。该仿真系统在工程中有较大的应用价值。