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基于混合运动模型的相对状态估计
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作者 夏睿灿 裴海龙 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1207-1215,共9页
相对状态的精确估计通常依赖参考平台准确的角加速度,在航天场景由外力矩计算,而在日常环境中由于未知阻力普遍存在,准确的外力矩难以获取,角加速度一般由角速度差分近似,导致相对状态估计精度下降.对此,本文构建一种仅依赖惯性测量的... 相对状态的精确估计通常依赖参考平台准确的角加速度,在航天场景由外力矩计算,而在日常环境中由于未知阻力普遍存在,准确的外力矩难以获取,角加速度一般由角速度差分近似,导致相对状态估计精度下降.对此,本文构建一种仅依赖惯性测量的相对运动模型,称为混合运动模型,其将恒定加速度模型与向量运动学结合,在独立于力矩和惯性状态的情况下,精确预测相对状态.此外,本文设计扩展卡尔曼滤波器(EKF),将该运动模型与视觉相对观测结合,实现高精度相对状态估计,并以仿真和实际数据评估其性能.仿真实验从轨迹动态特性和相对观测丢失的角度对比该EKF和目前先进的方法,结果证明本文提出的方案具有较高的精度和稳定性.实际实验利用本方法实现虚拟现实应用中的六自由度手柄视觉跟踪,验证其具备先进的毫米级定位精度,演示链接见https://www.bili bili.com/video/BV1mv4y1d7iD/. 展开更多
关键词 相对状态估计 多机器人协同 虚拟现实 扩展卡尔曼滤波器 传感器融合
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基于计算机视觉的航天器间相对状态测量系统 被引量:20
2
作者 杜小平 赵继广 +1 位作者 崔占忠 张彗星 《光学技术》 CAS CSCD 2003年第6期664-666,共3页
在航天器编队飞行应用中,航天器间相对状态(相对位置和姿态)的确定是实现航天器自主控制的重要条件。通过充分利用计算机视觉理论及相机成像原理,提出了一种基于计算机视觉的航天器间相对状态的测量系统。推导了基于目标靶特征点确定航... 在航天器编队飞行应用中,航天器间相对状态(相对位置和姿态)的确定是实现航天器自主控制的重要条件。通过充分利用计算机视觉理论及相机成像原理,提出了一种基于计算机视觉的航天器间相对状态的测量系统。推导了基于目标靶特征点确定航天器相对状态的四元数法,介绍了系统的测试原理及标定方法,并通过采用APSCMOS相机作为图像传感器,建立了它的试验原型,验证了测量原理和算法的正确性。该测量系统结构简单、体积小、重量轻、功耗低、算法简单、速度快,近距离测量精度高,能够广泛地应用于空间合作目标间相对状态的测量。 展开更多
关键词 航天器 测量系统 相对状态 CM0S相机 标定 计算机视觉
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月球轨道交会对接航天器相对状态误差分析 被引量:6
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作者 陈少伍 董光亮 +2 位作者 樊敏 李海涛 郝万宏 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期32-40,共9页
为分析同波束干涉测量这一高精度相对测角技术对月球交会对接两个航天器的相对位置、速度(状态)影响,文章根据协方差分析理论及各测量量的模型,推导测量量关于相对状态量的信息矩阵,建立了相对状态误差协方差模型;结合月球轨道交会对接... 为分析同波束干涉测量这一高精度相对测角技术对月球交会对接两个航天器的相对位置、速度(状态)影响,文章根据协方差分析理论及各测量量的模型,推导测量量关于相对状态量的信息矩阵,建立了相对状态误差协方差模型;结合月球轨道交会对接仿真轨道,开展测量误差对两个航天器的相对状态误差影响协方差分析。结果表明,在当前测量误差条件下,相对位置、速度误差分别达到米级和厘米每秒级。在分析相对状态误差影响因子的基础上,重点对同波束干涉测量差分相时延整周模糊误差及时延率误差对相对状态影响进行了分析,结果表明整周模糊度误差对相对位置误差影响显著,时延率误差对相对速度误差影响显著。 展开更多
关键词 同波束干涉测量 相对状态 误差协方差 交会对接 月球探测
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新目标构型下单帧图像相对状态测量方法 被引量:7
4
作者 杜小平 崔占忠 +1 位作者 李建锋 曾德贤 《装备指挥技术学院学报》 2005年第2期65-68,共4页
提出了一种新目标特征构型下基于单帧图像的航天器间相对位置和相对姿态测量方法.该方法利用具有对称结构的目标特征点在物体坐标系中的空间坐标以及它们在像平面坐标系中的图像坐标,根据透视成像理论,解算出目标航天器与图像传感器的... 提出了一种新目标特征构型下基于单帧图像的航天器间相对位置和相对姿态测量方法.该方法利用具有对称结构的目标特征点在物体坐标系中的空间坐标以及它们在像平面坐标系中的图像坐标,根据透视成像理论,解算出目标航天器与图像传感器的相对状态.所设计的目标特征靶适应性强,不仅能保证图像传感器视野内有足够的特征点,而且还可作为基于线特征的算法的目标特征.试验结果表明:在近距离范围内,新目标特征构型下的算法,具有较高的测量精度.该测量方法可直接用于航天器编队飞行以及航天器交会对接过程中的相对姿态的自主测量. 展开更多
关键词 相对状态 目标特征构型 四元数 单帧图像 测量方法 航天器
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基于平方根UKF的双星编队相对状态自主确定 被引量:3
5
作者 贺东雷 曹喜滨 苗赢 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期139-142,共4页
基于AFF技术,提出了一种利用类GPS敏感器进行星间测量的双星编队相对状态自主确定算法。该算法以双星编队相对轨道和相对姿态运动方程为状态方程;为消除系统误差和钟差的影响,用同一卫星不同接收天线之间的伪距观测值的单差来构造测量方... 基于AFF技术,提出了一种利用类GPS敏感器进行星间测量的双星编队相对状态自主确定算法。该算法以双星编队相对轨道和相对姿态运动方程为状态方程;为消除系统误差和钟差的影响,用同一卫星不同接收天线之间的伪距观测值的单差来构造测量方程;为保证协方差阵的正定性,提高计算精度和速度,应用平方根UKF滤波方法进行双星编队相对状态的自主确定。仿真结果验证了所给出方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 编队卫星 相对状态 GPS 卡尔曼滤波
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旋转非合作目标相对状态的解耦估计方法 被引量:5
6
作者 李宜鹏 解永春 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期870-878,共9页
针对在轨旋转非合作目标相对状态估计中关于几何结构及惯量参数先验信息未知的问题,提出一种以双目相机对目标特征点的投影作为测量值的解耦估计方法,实现旋转非合作目标相对状态的估计。首先,建立非合目标的动力学模型和目标特征点的... 针对在轨旋转非合作目标相对状态估计中关于几何结构及惯量参数先验信息未知的问题,提出一种以双目相机对目标特征点的投影作为测量值的解耦估计方法,实现旋转非合作目标相对状态的估计。首先,建立非合目标的动力学模型和目标特征点的运动模型;其次,为避免由目标特征点与目标质心相对位置不确定引起滤波性能降低的问题,建立相对特征的运动模型及投影模型,对旋转运动和平移运动进行解耦;最后,设计相应的滤波器对非合作目标的相对状态进行估计。仿真结果表明,提出的解耦估计方法能够有效地估计出非合作目标的相对状态。 展开更多
关键词 旋转非合作目标 相对状态估计 双目相机 相对特征
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基于目标特征的航天器相对状态测量方法误差分析 被引量:6
7
作者 杜小平 曾德贤 《装备指挥技术学院学报》 2006年第5期69-73,共5页
针对提高航天器间相对状态参数测量精度问题,分析了基于单目计算机视觉及目标特征的航天器间相对状态测量方法的误差因素.深入研究了灰度噪声、量化噪声对目标特征图像的影响及其误差模型,并由此建立了目标特征图像质心坐标提取误差模型... 针对提高航天器间相对状态参数测量精度问题,分析了基于单目计算机视觉及目标特征的航天器间相对状态测量方法的误差因素.深入研究了灰度噪声、量化噪声对目标特征图像的影响及其误差模型,并由此建立了目标特征图像质心坐标提取误差模型.利用仿真试验分析了灰度噪声、量化噪声导致的航天器间相对状态参数测量的误差分布.结果表明,相同噪声水平条件下,灰度噪声对测量精度的影响大于量化噪声的影响. 展开更多
关键词 误差分析 相对状态 灰度噪声 量化噪声
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基于改进的无迹卡尔曼滤波确定视线感知相对状态 被引量:1
8
作者 王晓初 尤政 赵开春 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1032-1039,共8页
基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改... 基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改进的离散系统方程及其误差协方差矩阵的取值方法,避免了复杂协方差矩阵的实时额外求解,降低了算法计算量及实施难度。最后,给出相应的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法并通过STK和MATLAB软件进行了数值仿真实验。分析表明,改进后的算法保证了收敛性,数值仿真及对比仿真验证了本文方法的可行性和有效性。在摄动因素作用的前提下,改进的方法能够在200m的相对距离内达到角秒级的相对姿态确定精度和毫米级的相对位置确定精度,完全可以满足近距离自由飞行卫星间的相对状态确定要求。 展开更多
关键词 视线传感器 相对状态确定 摄动 改进的无迹卡尔曼滤波
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基于GPS和陀螺的航天器相对状态自主确定
9
作者 刘向东 邱伟 靳永强 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期998-1002,共5页
根据GPS和陀螺的不同特点,将两者结合起来,设计了一种基于GPS和陀螺的相对状态自主确定算法.采用修正罗德里格参数(MRPs)作为姿态描述参数,通过建立相对轨道和相对姿态运动方程以及GPS和陀螺观测方程,运用unscented卡尔曼滤波方法(UKF)... 根据GPS和陀螺的不同特点,将两者结合起来,设计了一种基于GPS和陀螺的相对状态自主确定算法.采用修正罗德里格参数(MRPs)作为姿态描述参数,通过建立相对轨道和相对姿态运动方程以及GPS和陀螺观测方程,运用unscented卡尔曼滤波方法(UKF)设计了双星编队相对状态自主确定算法,仿真结果验证了方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 GPS 伪距测量 相对状态自主确定 UNSCENTED卡尔曼滤波
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编队卫星相对状态测量仿真系统设计与实现
10
作者 王天祥 李晓波 张宝玲 《遥测遥控》 2009年第5期24-28,48,共6页
编队卫星相对状态测量仿真系统开发需要大量的人力、物力、财力,而一般院校的科研人员又没有过多的时间和精力花费在仿真系统开发上,针对此问题,给出一个编队卫星相对状态测量仿真系统的设计方案,并用C#和STK/X进行开发。最后以双星编... 编队卫星相对状态测量仿真系统开发需要大量的人力、物力、财力,而一般院校的科研人员又没有过多的时间和精力花费在仿真系统开发上,针对此问题,给出一个编队卫星相对状态测量仿真系统的设计方案,并用C#和STK/X进行开发。最后以双星编队相对状态测量为例进行演示,对院校科研人员利用仿真方法验证研究的编队卫星相对状态测量问题具有一定的参考作用。 展开更多
关键词 仿真系统 编队卫星 相对状态测量 卫星工具软件
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编队星座星间相对状态测量的间接实现
11
作者 陈宏 王霞 李胜权 《遥测遥控》 2005年第2期57-61,共5页
研究利用编队卫星间伪距测量值 ,自主确定编队星座星间相对状态的有关问题。文中针对编队星座的卫星之间存在发射和接收天线不能相互覆盖的情况 ,提出了间接覆盖概念。并给出系统的数学模型 ,分析实现间接覆盖的方法并进行协方差分析。... 研究利用编队卫星间伪距测量值 ,自主确定编队星座星间相对状态的有关问题。文中针对编队星座的卫星之间存在发射和接收天线不能相互覆盖的情况 ,提出了间接覆盖概念。并给出系统的数学模型 ,分析实现间接覆盖的方法并进行协方差分析。最后 ,对间接覆盖情况作了仿真 。 展开更多
关键词 编队星座 相对状态 间接覆盖
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基于kalman滤波的分布式航天器相对状态解算 被引量:4
12
作者 王淑云 王元钦 +1 位作者 陈谷仓 王天祥 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第z2期923-925,928,共4页
根据所提出的利用无线电和激光测量两航天器相对状态的测量方案,利用动力学法建立了关于待估参数即两航天器相对位置参数的动态状态方程,建立了测量方程,利用卡尔曼滤波法对相对位置进行解算,分析了克服滤波发散的方法,给出了具体仿真算... 根据所提出的利用无线电和激光测量两航天器相对状态的测量方案,利用动力学法建立了关于待估参数即两航天器相对位置参数的动态状态方程,建立了测量方程,利用卡尔曼滤波法对相对位置进行解算,分析了克服滤波发散的方法,给出了具体仿真算例,通过对仿真结果的分析发现,提出的模型与解算方法可有效提高航天器间的定位精度。 展开更多
关键词 相对状态 分布式航天器 数学模型 卡尔曼滤波 滤波精度
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基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定 被引量:5
13
作者 覃超 刘向东 靳永强 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期868-872,共5页
针对双星编队飞行中的相对导航问题,提出了一种基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定方法。首先给出了相对轨道和相对姿态动力学方程,选取相对姿态基准坐标系,然后分别建立了星敏感器和GPS伪距差分的观测方程,运用Unscented卡尔曼... 针对双星编队飞行中的相对导航问题,提出了一种基于星敏感器和GPS伪距差分的相对状态确定方法。首先给出了相对轨道和相对姿态动力学方程,选取相对姿态基准坐标系,然后分别建立了星敏感器和GPS伪距差分的观测方程,运用Unscented卡尔曼滤波方法(UKF)设计了双星编队相对状态确定的UKF滤波器。利用一个仿真实例说明了该方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 GPS 伪距差分 相对状态确定 UNSCENTED卡尔曼滤波
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基于相对状态符号信息的分布式优化算法 被引量:2
14
作者 张家绮 游科友 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 2018年第6期647-657,773,774,共13页
针对网络化多智能体的分布式优化问题,本文讨论一种只利用邻居相对状态的符号信息的分布式算法.该算法不要求与图相关的权重矩阵是双随机矩阵.首先利用优化理论中的惩罚函数法解释该算法,然后分析算法在静态图上的收敛性以及收敛速度.... 针对网络化多智能体的分布式优化问题,本文讨论一种只利用邻居相对状态的符号信息的分布式算法.该算法不要求与图相关的权重矩阵是双随机矩阵.首先利用优化理论中的惩罚函数法解释该算法,然后分析算法在静态图上的收敛性以及收敛速度.与现有使用邻居相对状态的完整信息的分布式梯度下降算法相比,所提算法的收敛速度并没有本质上降低.另一方面,将所提算法扩展到确定性和随机性的时变图上,并给出相应的收敛性结论.最后,通过数值仿真实验验证算法的有效性. 展开更多
关键词 分布式优化 多智能体网络 相对状态符号 惩罚函数法 次梯度方法
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基于双目视觉的相对状态自主确定 被引量:1
15
作者 邱伟 刘向东 靳永强 《上海航天》 2010年第2期9-13,28,共6页
基于双目视觉系统提出了一种适于交会对接最后阶段的近距离绕飞的相对状态自主确定方法。用修正罗德里格参数(MRP)描述姿态,给出了追踪器与目标器间的相对姿态运动学与动力学方程,以及相对运动方程,根据双目视觉系统的小孔成像原理建立... 基于双目视觉系统提出了一种适于交会对接最后阶段的近距离绕飞的相对状态自主确定方法。用修正罗德里格参数(MRP)描述姿态,给出了追踪器与目标器间的相对姿态运动学与动力学方程,以及相对运动方程,根据双目视觉系统的小孔成像原理建立了双目系统的测量数学模型,由扩展卡尔曼滤波(EKF)获得两航天器的相对位姿及其变化率。仿真结果表明该法可行。 展开更多
关键词 双目视觉 交会对接 相对状态自主确定 修正罗德里格参数 扩展卡尔曼滤波
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基于UKF算法的小卫星串行编队相对状态自主确定
16
作者 张晓磊 郑建华 高东 《电子设计工程》 2015年第20期14-17,共4页
基于星间测距和星间测角对小卫星编队进行自主相对状态确定。卫星编队采用圆轨道串行双星编队方式,Hill方程对此构型不再适用,文中以卫星在惯性坐标系下的轨道动力学方程为基础,详细推导出卫星的相对运动动力学模型,并建立测量方程。由... 基于星间测距和星间测角对小卫星编队进行自主相对状态确定。卫星编队采用圆轨道串行双星编队方式,Hill方程对此构型不再适用,文中以卫星在惯性坐标系下的轨道动力学方程为基础,详细推导出卫星的相对运动动力学模型,并建立测量方程。由于测量方程为非线性方程,为避免线性化误差,提高测量精度,采用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,以双星编队为例,进行了数学仿真。仿真结果表明,该算法易于实现,并具有较高的精度。 展开更多
关键词 小卫星编队 串行圆轨道 无迹卡尔曼滤波 相对状态自主确定
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弹目相对状态测量误差对拦截效果的影响分析
17
作者 张涛涛 方登建 +1 位作者 李静 申森 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期2968-2975,共8页
针对拦截弹中末交班过程中弹目相对状态测量误差引起的脱靶量变化问题,在视线旋转坐标系下推导了弹目相对运动方程并进行解耦分析,基于协方差转换法、连续离散混合系统的协方差描述函数法推导得到了弹目相对状态测量误差在末段传播的解... 针对拦截弹中末交班过程中弹目相对状态测量误差引起的脱靶量变化问题,在视线旋转坐标系下推导了弹目相对运动方程并进行解耦分析,基于协方差转换法、连续离散混合系统的协方差描述函数法推导得到了弹目相对状态测量误差在末段传播的解析解及脱靶量均值、方差的计算方法。仿真解析计算与蒙特卡罗法计算结果一致,并通过解析计算得到拦截弹相对状态测量误差与脱靶量的对应关系以及为实现拦截可允许的相对状态测量误差集。同时,仿真结果可为拦截弹中末交班信息测控精度、加速度饱和限制设计等工作提供技术参考。 展开更多
关键词 拦截弹 相对状态测量误差 拦截效果 脱靶量
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集群航天器相对状态保持多约束鲁棒控制研究
18
作者 朱彦伟 高策 杨傅云翔 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2020年第4期58-64,共7页
针对集群航天器近距离观测过程中的相对状态保持问题,综合利用人工势场法和滑模变结构控制理论,给出了一种多约束条件下的六自由度鲁棒控制律。首先,利用拉格朗日方法和修正罗德里格斯参数,建立了六自由度相对运动动力学模型,分析近距... 针对集群航天器近距离观测过程中的相对状态保持问题,综合利用人工势场法和滑模变结构控制理论,给出了一种多约束条件下的六自由度鲁棒控制律。首先,利用拉格朗日方法和修正罗德里格斯参数,建立了六自由度相对运动动力学模型,分析近距离观测的任务约束,提出了相应的相对状态保持需求;然后,基于Lyapunov稳定性理论,利用人工势场法设计了相对轨道保持的鲁棒控制律,利用滑模变结构控制设计了相对姿态保持控制律;最后,仿真算例验证了模型和算法的有效性。 展开更多
关键词 集群航天器 相对状态保持 人工势场法 滑模变结构控制
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西藏冈底斯斑岩铜矿带含矿岩体的相对氧化状态:来自锆石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)比值的约束 被引量:44
19
作者 辛洪波 曲晓明 《矿物学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期152-160,共9页
对西藏冈底斯斑岩铜矿带三个斑岩铜矿床含矿斑岩进行了锆石与全岩的微量元素分析,通过理论计算获得三个矿床含矿斑岩的锆石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)比值和δEu值:拉抗俄矿床为492.25和0.5341,冲江矿床为263.83和0.4353,南木矿床为291.94和0.5273... 对西藏冈底斯斑岩铜矿带三个斑岩铜矿床含矿斑岩进行了锆石与全岩的微量元素分析,通过理论计算获得三个矿床含矿斑岩的锆石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)比值和δEu值:拉抗俄矿床为492.25和0.5341,冲江矿床为263.83和0.4353,南木矿床为291.94和0.5273。认为锆石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)比值>260,δEu>0.4是斑岩成矿的地球化学标志。冈底斯斑岩铜矿带的锆石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)比值自东向西呈递减趋势,指示岩浆在上升侵位过程中东部较西部受到更大程度的上部地壳物质的混染。冈底斯斑岩铜矿带的矿化机理可表述为:深部岩浆在上升侵位过程中受到上部地壳物质的混染,使岩浆的氧逸度增加,在随后的结晶分异过程中产生高Cu、Au浓度的岩浆热液流体,并在继续上升的过程中,随着压力、温度的降低,在适当的条件下发生了成岩成矿作用。 展开更多
关键词 冈底斯斑岩铜矿带 锆石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)比值 相对氧化状态 成矿机理
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星间测距对小卫星编队相对轨道状态的修正
20
作者 张晓磊 郑建华 +1 位作者 高东 钱航 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2015年第3期42-47,共6页
相对轨道状态确定是小卫星编队正常工作的基础和重要保障.针对小型化、低成本的星载GPS接收机定轨精度较低的情况,提出一种利用单纯星间测距信息对卫星编队相对轨道进行修正的方法.引入星间测距信息,采用扩展卡尔曼滤波算法提高编队的... 相对轨道状态确定是小卫星编队正常工作的基础和重要保障.针对小型化、低成本的星载GPS接收机定轨精度较低的情况,提出一种利用单纯星间测距信息对卫星编队相对轨道进行修正的方法.引入星间测距信息,采用扩展卡尔曼滤波算法提高编队的相对轨道估计精度.通过仿真验证,证实了该方案的有效性. 展开更多
关键词 小卫星编队 GPS 星间测距 相对状态确定 扩展卡尔曼滤波
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