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探测器着陆小天体的自主光学导航研究 被引量:3
1
作者 黄翔宇 崔祜涛 崔平远 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期659-661,共3页
提出了一种用于探测器着陆小天体的自主光学导航方案 .该方案利用探测器上的光学导航相机和激光测距仪 ,分别测量三个预先选定特征点的图像坐标和探测器到特征点的距离 ,由此得出探测器的相对位置 ,并利用广义卡尔曼滤波实时确定探测器... 提出了一种用于探测器着陆小天体的自主光学导航方案 .该方案利用探测器上的光学导航相机和激光测距仪 ,分别测量三个预先选定特征点的图像坐标和探测器到特征点的距离 ,由此得出探测器的相对位置 ,并利用广义卡尔曼滤波实时确定探测器的轨道 .最后 ,通过数学仿真验证了这种自主光学导航方案的可行性 ,并在敏感器测量精度一定的情况下 ,通过仿真分析了小天体模型误差对导航精度的影响 . 展开更多
关键词 小天体 自主光学导航 广义卡尔曼滤波
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应用灰度特征的行星陨石坑自主检测方法与着陆导航研究 被引量:11
2
作者 陈建清 朱圣英 +1 位作者 崔祜涛 崔平远 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期908-915,共8页
针对陨石坑阴影不明显的行星着陆导航图像,提出了基于图像灰度值特征的陨石坑自主检测方法,通过兴趣区快速确定陨石坑边缘分布,解决了一般陨石坑检测方法对图像太阳高度角的依赖问题。利用检测出的陨石坑视线信息,采用非线性预测滤波方... 针对陨石坑阴影不明显的行星着陆导航图像,提出了基于图像灰度值特征的陨石坑自主检测方法,通过兴趣区快速确定陨石坑边缘分布,解决了一般陨石坑检测方法对图像太阳高度角的依赖问题。利用检测出的陨石坑视线信息,采用非线性预测滤波方法估计着陆器着陆阶段的位置和姿态;鉴于视觉着陆导航对照了场景状况的高度依赖性,提出了一种利用分形理论和相邻点分级方法的天体随机地景建模方法。最后验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 陨石坑自主检测 灰度特征 精确着陆 自主光学导航 地景建模
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深空自主光学导航小行星筛选与规划方法研究 被引量:9
3
作者 徐文明 崔祜涛 +1 位作者 崔平远 刘宇飞 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期891-896,共6页
深空探测器的自主光学导航是深空探测器自主的关键技术之一,而导航路标——小行星的选择与拍照序列的规划是深空探测自主导航的重要内容。基于探测Ivar小行星的设计方案,在导航小行星筛选方面,提出了基于小行星可见星等、距离、相对速... 深空探测器的自主光学导航是深空探测器自主的关键技术之一,而导航路标——小行星的选择与拍照序列的规划是深空探测自主导航的重要内容。基于探测Ivar小行星的设计方案,在导航小行星筛选方面,提出了基于小行星可见星等、距离、相对速度以及视线夹角的筛选准则,并利用综合评估的方式进行导航小行星的筛选;拍照序列规划方面,提出差额筛选的策略优化导航性价比,并利用改进的遗传算法进行规划。数学仿真结果表明,该方法能够有效地进行小行星的选择与拍照序列的规划。 展开更多
关键词 自主光学导航 小行星筛选与规划 遗传算法 差额筛选策略
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深空自主光学导航观测小行星选取方法研究 被引量:10
4
作者 张晓文 王大轶 黄翔宇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期947-952,共6页
深空探测转移轨道段的自主光学导航一般以小行星作为观测量来源。为了选出可观测的小行星,分析了小行星用于导航的限制因素,给出了视星等、太阳相角、视运动、三星概率、探测器与小行星距离和视线夹角等选取标准;然后,为了从多颗可观测... 深空探测转移轨道段的自主光学导航一般以小行星作为观测量来源。为了选出可观测的小行星,分析了小行星用于导航的限制因素,给出了视星等、太阳相角、视运动、三星概率、探测器与小行星距离和视线夹角等选取标准;然后,为了从多颗可观测小行星中选出最优组合,以提高导航精度,基于滤波误差协方差分析,给出了一种可量化的选取最优小行星组合的方法,该方法只与小行星到探测器距离和视线夹角有关;最后,参照"深空一号"飞行方案进行了仿真验证。分析和仿真结果表明该方法可有效提高导航精度。 展开更多
关键词 自主光学导航 小行星 深空探测 协方差分析
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利用小行星测量信息的深空探测器自主导航算法研究 被引量:8
5
作者 张晓文 王大轶 黄翔宇 《航天控制》 CSCD 北大核心 2009年第3期17-22,共6页
提出一种利用小行星图像信息的深空探测转移轨道段自主光学导航算法。该算法首先利用导航敏感器获取含有恒星背景的多颗小行星的图像;然后通过图像处理,提取出小行星和恒星中心点对应的像素;最后利用小行星和恒星中心点的像素、探测器... 提出一种利用小行星图像信息的深空探测转移轨道段自主光学导航算法。该算法首先利用导航敏感器获取含有恒星背景的多颗小行星的图像;然后通过图像处理,提取出小行星和恒星中心点对应的像素;最后利用小行星和恒星中心点的像素、探测器的惯性姿态和观测时刻的小行星星历等信息,通过引入Unscented变换的批处理最小二乘滤波估计探测器的位置和速度。以"深空一号"探测器飞行轨道为例进行数学仿真,结果表明该算法导航精度优于"深空一号"应用的批处理最小二乘滤波。 展开更多
关键词 自主光学导航 最小二乘 Unscented变换 深空探测
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绕月探测器的自主光学导航研究 被引量:3
6
作者 孙军伟 崔平远 黄翔宇 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1145-1149,共5页
提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤波的绕月探测器自主光学导航算法。针对很难事先确定精确地绕月探测器轨道动力学模型问题,提出利用高斯-马尔科夫过程来近似轨道动力学中的无模型加速度,进而提高了轨道动力学模型... 提出了一种利用高斯-马尔科夫过程和Unscented卡尔曼滤波的绕月探测器自主光学导航算法。针对很难事先确定精确地绕月探测器轨道动力学模型问题,提出利用高斯-马尔科夫过程来近似轨道动力学中的无模型加速度,进而提高了轨道动力学模型的精度;考虑到基于扩展卡尔曼滤波的轨道确定存在的问题,提出利用基于Unscented卡尔曼滤波来估计探测器的位置、速度及无模型加速度,提高了轨道估计精度和保证了算法的稳定性。最后,通过数学仿真验证了自主光学导航算法的有效性。 展开更多
关键词 自主光学导航 绕月探测器 高斯-马尔科夫过程 UNSCENTED卡尔曼滤波
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探测器交会小天体的UPF自主导航方案 被引量:2
7
作者 李鹏 崔祜涛 崔平远 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期691-695,共5页
采用基于目标天体信息的光学导航方案实现探测器交会小天体,利用导航相机提高了定轨精度和星历精度。在此基础上,针对深空导航的轨道确定过程中可能存在的初始估计信息误差较大、状态及量测误差不服从高斯分布等问题,将UPF(Unscented Pa... 采用基于目标天体信息的光学导航方案实现探测器交会小天体,利用导航相机提高了定轨精度和星历精度。在此基础上,针对深空导航的轨道确定过程中可能存在的初始估计信息误差较大、状态及量测误差不服从高斯分布等问题,将UPF(Unscented Particle Filter)引入到导航方案中。该方案利用UPF在处理非线性非高斯问题上的优势,克服了EKF、UKF、PF等传统滤波方案对非线性非高斯状态模型、量测模型的近似处理所带来的影响。数值仿真表明了该方案的可行性。 展开更多
关键词 飞行器控制与导航技术 自主光学导航 Unscented粒子滤波 非线性非高斯 自主轨道确定
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基于UD-EKF自主光学导航方法仿真 被引量:4
8
作者 隋树林 袁健 +2 位作者 张文霞 于镭 高自友 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期482-485,共4页
通过对深空探测器绕飞段自主轨道确定方法的研究,提出利用星敏感器及光学导航相机,通过对小行星附近多颗小天体夹角的测量并存储,同时结合几何关系,来实时确定飞行器轨道状态的一种基于UD分解的扩展卡尔曼滤波的光学自主导航的方案,并... 通过对深空探测器绕飞段自主轨道确定方法的研究,提出利用星敏感器及光学导航相机,通过对小行星附近多颗小天体夹角的测量并存储,同时结合几何关系,来实时确定飞行器轨道状态的一种基于UD分解的扩展卡尔曼滤波的光学自主导航的方案,并给出其UD分解构造算法;通过仿真验证了该方案可行性。 展开更多
关键词 自主光学导航 轨道确定 扩展卡尔曼滤波 UD分解
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基于地月信息的奔月探测器自主光学导航 被引量:2
9
作者 孙军伟 崔平远 黄翔宇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期354-358,共5页
基于地月信息提出了一种奔月转移轨道的自主光学导航算法。该算法首先利用导航相机得到的地球和月球边缘图像与地、月几何形状模型,运用扩展源的空间获取算法导出地心和月心对应的像素,然后利用地心和月心像素、探测器的惯性姿态和该观... 基于地月信息提出了一种奔月转移轨道的自主光学导航算法。该算法首先利用导航相机得到的地球和月球边缘图像与地、月几何形状模型,运用扩展源的空间获取算法导出地心和月心对应的像素,然后利用地心和月心像素、探测器的惯性姿态和该观测历元的地、月星历信息,通过基于UD分解的递推加权最小二乘算法确定了探测器轨道。还引入导航系统的可观度定义来分析了导航系统的可观性,数学仿真结果表明导航的位置误差小于30km,速度误差小于0.3m/s,证明该自主光学导航算法是有效的。 展开更多
关键词 自主光学导航 奔月探测器 图像处理与计算 可观性分析
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深空探测巡航段自主光学导航方案研究 被引量:2
10
作者 刘宇飞 崔平远 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1781-1785,共5页
星际巡航段导航方案设计是深空探测任务中的重要组成部分。针对巡航段的特点,研究了一种基于多颗小行星光学信息的自主光学导航方案。它包括导航星的确定,导航系统的建立,导航算法的研究。此方案给出了统一的导航小行星选取准则,导航星... 星际巡航段导航方案设计是深空探测任务中的重要组成部分。针对巡航段的特点,研究了一种基于多颗小行星光学信息的自主光学导航方案。它包括导航星的确定,导航系统的建立,导航算法的研究。此方案给出了统一的导航小行星选取准则,导航星个数的判别方法,以及基于UD分解的递推加权最小二乘滤波导航算法。通过可观测性分析确保了导航算法的可行性,利用数学仿真验证了导航方案设计的合理性。此方案的导航系统精度优于深空1任务,位置估计误差小于100km,速度估计误差小于0.3m/s。 展开更多
关键词 深空探测 导航方案 自主光学导航 巡航段 加权最小二乘
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基于图像边缘信息的火星探测器自主光学导航技术 被引量:3
11
作者 刘付成 朱庆华 +3 位作者 孙建党 李爽 肖东东 姜丽辉 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期1160-1174,共15页
由于存在比较大的通信时延,加之可见测控弧段的约束,传统的地基无线电测控模式无法胜任深空探测任务关键节点对导航实时性和精度的需求.本文以火星探测为潜在的工程应用背景,发展了基于图像边缘信息的深空探测自主光学导航技术,对影响... 由于存在比较大的通信时延,加之可见测控弧段的约束,传统的地基无线电测控模式无法胜任深空探测任务关键节点对导航实时性和精度的需求.本文以火星探测为潜在的工程应用背景,发展了基于图像边缘信息的深空探测自主光学导航技术,对影响导航精度的光轴偏差进行了在轨近实时估计和标定.首先,对于地-火转移段,发展了基于火星中心及地平矢量的自主导航方法;其次,针对环火绕飞段,提出了基于火星本体局部边缘点信息的自主导航方法;然后,针对导航系统中的导航相/机光轴偏差,采用基于EM-EKF的参数估计算法实现近实时的光轴偏差参数估计,以补偿系统误差,从而实现高精度的自主光学导航.仿真结果表明,本文所发展的自主光学导航技术显著提高了探测器自主导航的导航精度,可作为地面测控导航模式的可靠备份,从而确保火星探测任务的成功实施. 展开更多
关键词 火星探测 自主光学导航 导航模型 边缘提取 偏差估计 EM-EKF
原文传递
基于UD-EKF自主光学导航方法仿真 被引量:3
12
作者 袁健 隋树林 张文霞 《计算机仿真》 CSCD 2007年第2期7-10,14,共5页
针对探测器自主光学导航系统滤波算法鲁棒性的要求,通过对深空探测器巡航段自主轨道确定方法的研究,提出利用星敏感器及光学导航相机,通过对小行星附近多颗小天体夹角的测量,并结合几何关系,来实时确定飞行器轨道状态的一种基于UD分解... 针对探测器自主光学导航系统滤波算法鲁棒性的要求,通过对深空探测器巡航段自主轨道确定方法的研究,提出利用星敏感器及光学导航相机,通过对小行星附近多颗小天体夹角的测量,并结合几何关系,来实时确定飞行器轨道状态的一种基于UD分解的扩展卡尔曼滤波的光学自主导航的方案,并给出其UD分解构造算法;通过对协方差矩阵的UD分解来避免对协方差矩阵的直接求逆而导致的计算机舍入误差过大从而滤波发散的情况,通过matlab仿真验证了该方案可行性,节省了星载计算机的内存限制了舍入误差的增长,达到了较好的滤波效果。 展开更多
关键词 自主光学导航 轨道确定 扩展卡尔曼滤波
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基于小波-UKF的自主光学导航方法研究 被引量:2
13
作者 隋树林 姚文龙 赵晓伟 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期2776-2778,2782,共4页
利用光学导航相机以及星敏感器,通过测量星光信息以及天体边缘的信息,进行了自主光学导航方案的设计。利用小波分析对观测信息进行预处理,滤除了它所包含的高频噪声,为UKF(Unscented Kalman Filter)滤波过程提了更为平稳的观测信息,并与... 利用光学导航相机以及星敏感器,通过测量星光信息以及天体边缘的信息,进行了自主光学导航方案的设计。利用小波分析对观测信息进行预处理,滤除了它所包含的高频噪声,为UKF(Unscented Kalman Filter)滤波过程提了更为平稳的观测信息,并与UKF滤波进行比较,通过仿真验证了该算法的优越性。 展开更多
关键词 自主光学导航 UKF 小波分析 Mallet 星敏感器 光学导航相机
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深空探测自主导航光学信号模拟器设计与实现 被引量:1
14
作者 蓝朝桢 李建胜 +1 位作者 周杨 徐青 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期389-392,共4页
提出并实现了一种应用于深空探测自主光学导航地面仿真实验的光学信号模拟器。该模拟器以高性能图形工作站、高分辨率LCD显示器和光学准直器为主要硬件,通过软件实现深空中光学信号源(恒星、大行星、小行星)的精确位置与光学特性的计算... 提出并实现了一种应用于深空探测自主光学导航地面仿真实验的光学信号模拟器。该模拟器以高性能图形工作站、高分辨率LCD显示器和光学准直器为主要硬件,通过软件实现深空中光学信号源(恒星、大行星、小行星)的精确位置与光学特性的计算,利用OpenGL实现深空中天体的三维重建并投影到LCD显示器上,最后使用光学准直器实现平行模拟光信号的输出。实验证明该模拟器简单有效,可为新一代深空光学导航相机地面测试实验提供可靠的输入信号。 展开更多
关键词 光学信号模拟器 自主光学导航 光学特性 光学敏感器 星图模拟
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平方根UKF混合滤波在自主光学导航中的应用
15
作者 隋树林 姚文龙 赵晓伟 《青岛科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2007年第5期451-454,共4页
提出了一种用于探测器在巡航段的自主光学导航方案,该方案利用光学导航相机以及星敏感器,通过测量星光信息以及天体边缘的信息,得出了探测器的相对位置。在此基础上针对导航系统状态方程和观测方程的非线性问题,进行平方根Unscented卡... 提出了一种用于探测器在巡航段的自主光学导航方案,该方案利用光学导航相机以及星敏感器,通过测量星光信息以及天体边缘的信息,得出了探测器的相对位置。在此基础上针对导航系统状态方程和观测方程的非线性问题,进行平方根Unscented卡尔曼滤波(square-root unscented Kalman filter)计算,由此实时确定了探测器的轨道。该方法将平方根滤波和UKF滤波有机结合起来,可更好地提高自主导航系统的准确度和可靠性。通过数学仿真并与EKF滤波过程进行比较,验证了该算法的优越性。 展开更多
关键词 自主光学导航 扩展卡尔曼滤波 平方根unscented卡尔曼滤波
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Autonomous optical navigation for interplanetary exploration based on information of earth-moon 被引量:2
16
作者 吴伟仁 田玉龙 黄翔宇 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2003年第3期343-348,共6页
The image elements of earth-center and moon-center are obtained by processing the images of earthand moon, these image elements in combination with the inertial attitude information and the moon ephemerisare utilized ... The image elements of earth-center and moon-center are obtained by processing the images of earthand moon, these image elements in combination with the inertial attitude information and the moon ephemerisare utilized to obtain the probe initial position relative to earth, and the Levenberg-Marquardt algorithm is usedto determine the accurate probe position relative to earth, and the probe orbit relative to earth is estimated by u-sing the extended Kalman filter. The autonomous optical navigation algorithm is validated using the digital simu-lation. 展开更多
关键词 autonomous optical navigation interplanetary exploration Levenberg-Marquardt algorithm
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一种改进的UKF算法及其在深空自主光学导航中的应用 被引量:1
17
作者 隋树林 于镭 +1 位作者 邵巍 姚文龙 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期518-522,共5页
利用星敏感器以及光学导航相机,通过测量星光信息以及天体边缘信息,进行了自主光学导航方案的设计。通过观测量的转化改进了Unscented卡尔曼滤波方法(UKF)的具体实现形式,并将改进的方法与扩展的卡尔曼滤波方法(EKF)、UKF以及基于... 利用星敏感器以及光学导航相机,通过测量星光信息以及天体边缘信息,进行了自主光学导航方案的设计。通过观测量的转化改进了Unscented卡尔曼滤波方法(UKF)的具体实现形式,并将改进的方法与扩展的卡尔曼滤波方法(EKF)、UKF以及基于平方根分解的方法(SR-UKF)进行了比较,通过仿真对其算法的优越性进行了验证。仿真结果表明,这种基于观测量转换的UKF算法,不仅在计算量上有所减少,在精度上也有较大提高。 展开更多
关键词 自主光学导航 Unscented卡尔曼滤波方法(UKF) SR-UKF EKF 星敏感器 光学导航相机
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小天体撞击器GNC系统设计与仿真 被引量:1
18
作者 朱圣英 崔祜涛 崔平远 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期89-94,共6页
撞击器在接近目标小天体过程中相对速度较快,这要求撞击器的导航、制导与控制(GNC)系统要具有较高的自主性和实时性。对撞击器GNC系统进行了研究,采用深空环境中常用的传感器及执行机构,对撞击器自主GNC系统进行了构建,并分别设计了自... 撞击器在接近目标小天体过程中相对速度较快,这要求撞击器的导航、制导与控制(GNC)系统要具有较高的自主性和实时性。对撞击器GNC系统进行了研究,采用深空环境中常用的传感器及执行机构,对撞击器自主GNC系统进行了构建,并分别设计了自主光学导航算法与轨道修正制导律。最后为了验证所设计GNC系统的可行性和可靠性,进行了严格的六自由度蒙特卡罗数学仿真,同时对机动时刻、撞击目标点等关键参数对最终撞击性能的影响进行了分析。 展开更多
关键词 导航 制导与控制 小天体撞击器 自主光学导航 轨道修正制导律 蒙特卡罗仿真
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深空巡航段自主光学导航方案研究
19
作者 刘宇飞 崔平远 崔祜涛 《深空探测研究》 2007年第2期1-8,共8页
深空探测任务中时间最长的阶段就是星际巡航段,在此阶段进行自主导航安全性高,并且可以极大地减少任务费用,是当今研究的重点。本文针对飞行器巡航段的特点,研究了一种基于多颗小行星光学信息的自主导航方案,包括导航星的确定、导... 深空探测任务中时间最长的阶段就是星际巡航段,在此阶段进行自主导航安全性高,并且可以极大地减少任务费用,是当今研究的重点。本文针对飞行器巡航段的特点,研究了一种基于多颗小行星光学信息的自主导航方案,包括导航星的确定、导航系统的建立、导航算法的研究。通过对导航小行星进行筛选和优化,形成了统一的导航小行星选取准则;通过对非线性导航系统进行可观度分析,得到了一次导航过程中合理的导航星个数,从而形成了小行星列表。最后基于观测手段的特点,利用基于UD分解的递推加权最小二乘滤波设计了导航算法,并通过可观测性分析确保了算法的可行性和可靠性。仿真结果表明了导航方案的设计是合理的,导航算法能够满足未来深空探测巡航段导航的精度要求。 展开更多
关键词 深空探测 导航方案 自主光学导航 巡航段 导航小行星列表 可观性和可观度 最小二乘
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基于图像几何特征的行星表面参考区域提取与匹配方法
20
作者 李建更 贾真 阮晓钢 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1066-1072,共7页
针对探测器在行星表面精确着陆的问题,提出了一种通过提取参考区域光照阴影及其轮廓几何特征进行自主识别、匹配的方法.首先,对图像预处理,包括基于区域斜分的二维最大熵双阈值分割、提取连通区域等操作;然后,提取特征区域阴影的轮廓,... 针对探测器在行星表面精确着陆的问题,提出了一种通过提取参考区域光照阴影及其轮廓几何特征进行自主识别、匹配的方法.首先,对图像预处理,包括基于区域斜分的二维最大熵双阈值分割、提取连通区域等操作;然后,提取特征区域阴影的轮廓,针对区域阴影及其轮廓信息进而提取其线状及面状几何特征;最后,利用基于加权欧氏距离的聚类方法进行模板匹配.该方法克服了在以往研究中选取参考区域单一化的缺陷,通过对取样图像大量反复的实验,匹配的正确率在93%以上,从而验证了该方法的可行性和鲁棒性. 展开更多
关键词 行星软着陆 自主光学导航 双阈值分割 几何特征 加权欧氏距离 模板匹配
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