相对导航

摘要： 目前,我国大力提升高精度探测指向机动能力,并发展成像跟踪能力的趋势已经形成。对机动目标的持续观测能力,良好的动中成像性能是光学遥感技术发展的重要趋势。文章针对高轨空间卫星的高精度观测与实时跟瞄需求,研究空间非合作目标的高精度相对导航问题。为了解决无迹滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)在系统能观度较低时估计精度下降的问题,提出了一种基于能观度的改进无迹卡尔曼滤波算法(Modified Unscented Kalman Filter,MUKF),该算法定义了一种基于滤波过程误差增益阵的系统能观度表征方法,提出了基于该方法的能观度缩放参数,在线调整滤波增益协方差矩阵,使算法可根据当前时刻的能观度大小在线调整状态预测和系统观测的权重。数学仿真表明,与UKF相比,MUKF估计精度提升约4倍,且MUKF趋稳更快,精度更高。

摘要： 针对动对动相对定位中卫星观测质量不佳、信号易丢失导致北斗卫星导航系统定位精度不高、无法连续定位的问题,提出了一种基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法。通过惯导系统与北斗卫星导航系统紧组合的方式,以捷联惯导误差作为组合系统状态量,通过多普勒信息进行伪距平滑,并利用扩展卡尔曼滤波将惯导及卫星观测信息进行融合,解算相对导航结果。通过车载实验对所提出的相对导航算法进行了验证,实验结果表明,所提出的BDS/INS紧组合动对动相对导航算法能够保持分米级相对导航精度,卫星信号短时中断时,能有效保持高精度相对导航结果输出。

摘要： 提出了一种基于星间测量与通信的卫星集群分布式相对导航方法,利用星间链路为相对导航提供星间测量并进行数据交换从而提高卫星集群系统的自主性。首先,考虑能量消耗和导航性能,将星间链路拓扑设计问题表述为一个多目标优化问题;此外,卫星集群以分布式方式进行相对导航,每颗卫星对相邻卫星进行测量并通过星间链路与相邻卫星通信,从而降低了导航的能耗和计算复杂度。采用NSGA-Ⅱ算法求解星间链路拓扑优化问题并基于一致性卡尔曼滤波进行分布式相对导航。本文提出的方法可适应不同的任务,卫星可以随时加入和离开集群并且对单个卫星失效具有鲁棒性。最后,通过数值仿真验证了本文方法的可行性。

摘要： 针对无人机编队相对导航系统中由于机体/机翼遮挡导致可见信标点个数随时间变化和视觉导航传感器量测噪声统计特性不确定问题,提出了基于逆威舍特分布的变分贝叶斯自适应容积信息滤波(VBACIF)算法。该算法在信息滤波框架下,采用逆威舍特分布表示量测噪声协方差,将三阶球面径向容积准则和变分贝叶斯理论相结合,在线识别跟踪量测噪声统计特性变化并自适应调节相对导航滤波器的量测噪声协方差矩阵,将每个可见信标点视为一个独立的信息源,融合各信标点的相对视线量测信息从而准确地估计出无人机之间的相对位置、速度和姿态。仿真结果表明,视觉量测噪声协方差未知且时变和可见信标个数变化的情况下,采用VBACIF相对位置、速度和姿态精度较容积信息滤波算法分别提高了24.85%、9.41%和45.52%。

摘要： 针对全球导航卫星系统(GNSS)拒止环境下无人飞行器集群成员间的相对定位问题,研究了一种基于机载惯性测量单元(IMU)、气压高度计与数据链测距组合的初始相对位姿求解算法。首先,在高度计稳定输出较为精确的高度信息的前提下,将飞行器的三维运动解耦成二维水平运动,给出了三维加速度和角速度、测距信息的水平坐标系投影等效模型。在此基础上,以待求量相对位置和航向角的非线性形式构造了新的待求状态量,并将相对位置和航向角的非线性求解问题转化成了新状态量的线性模型最小二乘求解问题。然后,通过引入递推最小二乘算法(RLS),建立了该相对位姿求解算法的实时输出递推形式,有效降低了机载在线计算的负载。接着,对所提算法进行了可观测性分析,并给出了使系统状态量不可观测的几种相对运动形式。最后,对所提算法进行了数值仿真实验,仿真结果表明,该算法能够有效、快速求解初始相对位姿,位置误差在初始相对距离的10%以内,航向角误差在初始相对角度的1%以内。

摘要： 惯性导航系统的误差随时间累积,仅依靠惯性导航系统进行定位的无人机编队无法在长航时飞行中获取高精度导航信息.针对这一问题,面向主从式无人机编队提出一种协同导航方案.首先,在无人机上配置相对导航传感器,测量主从无人机编队成员之间的相对速度和相对位置信息;其次,考虑编队成员之间的相对位姿,研究空间统一转换方案,将编队各成员依靠惯性导航系统测量的绝对导航信息与相对传感器测量的相对导航信息统一到同一导航坐标系下;最后,给出基于相对速度和相对位置辅助的协同导航方案.30 min仿真结果表明,采取该方案后,从机各方向上的速度和位置误差分别收敛至0.1 m/s和5 m,证实该方案相较于惯性导航系统更适用于长航时飞行场景.

摘要： 非合作目标的运动感知与状态估计,是太空领域技术发展的重要组成部分.非合作目标相对状态的精确估计是相对导航的难点问题.传统的非合作目标扩展卡尔曼滤波算法需要结合非合作目标的质心位置,增加了状态变量的维数,提高了系统不确定性,从而会影响状态扩展卡尔曼滤波的收敛速度.提出了一种基于序列图像的非合作目标相对导航方法,该方法在不对质心进行估计的情况下首先对非合作目标姿态进行估计,在完成非合作目标姿态估计后再对其质心进行估计.本文推导了光学相机测量值与目标真实姿态的关系,构建了基于序列图像的测量模型,分别建立了不含有非合作目标质心位置的状态方程和基于非合作目标位置、速度矢量的状态方程,设计了适用于非合作目标状态估计的扩展卡尔曼滤波算法.仿真实验表明该方法可在10 Hz采样频率下经过50次采样(即5 s)内快速收敛,从而有利于空间飞行器的在轨服务与维护.

摘要： 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.

摘要： 为了实现航天器编队在日地L2点轨道的高精度相对导航,设计了一种分布式的自主导航方法.首先通过信息交互形成局部的测量构型,每颗卫星只基于邻居间的测量进行状态估计,降低了状态维数和计算量;然后根据相互估计的结果进行信息融合,提升估计的精度.在此基础上,对仿真结果进行了定量分析,给出了影响最终估计误差的主要因素测距精度、测量点间的基线与导航精度间的经验公式.在数值仿真中,所提方法达到了厘米量级定位精度和毫米每秒的测速精度.仿真结果表明:该方法有效,且对工程应用具有一定的参考价值.

摘要： 针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法.首先,运用巡检飞行器上的TOF(Time of Flight)相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图.然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配.在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素.最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°.

摘要： 卫星编队在深空探测等领域有不可替代的作用.卫星编队相对导航和星间通信网络技术是实现卫星编队飞行的两个关键技术系统.目前卫星编队的相对导航和星间通信网络一般是两个独立的系统,系统不仅实现复杂而且重量及成本都增加很多,此外传统的基于载波相位差分GNSS方法由于依赖导航星座只能应用在近地卫星编队应用有其局限性.本文探讨了一种新的卫星编队自主相对导航与通信系统一体化系统设计方案,提出了基于软件无线电的半双工CDMA测量通信一体化系统,实现自主相对导航和星间通信的一体化功能,通信数据和导航测量数据也统一在一个数据帧中传输,不需要独立的星间网络通信系统和增加额外的通信频段进行通信数据传输.系统采用S波段,详细阐述了系统架构和工作原理,分析了系统性能,并进行仿真验证.

摘要： 本文在仅测角条件下,对运行于不同轨道的两个非合作飞行器间相对导航方法进行了相关研究.通过建立两种不同的相对导航动力学模型(一阶C-W模型和二阶C-W模型),结合星载视觉相机的测角信息,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)分别对两种模型进行仿真,仿真结果显示了二阶C-W模型的导航精度远高于一阶C-W模型的导航精度,特别是在卫星速度方向,两种模型的导航精度相差一个数量级左右.

摘要： 针对航天器间交会时在仅有视线测量条件下的相对导航问题,文章比较了平方根滤波和EKF滤波在这一个导航问题中的性能.首先,本文介绍了仅有视线测量条件下相对导航的特点;其次,给出了EKF滤波和平方根滤波的描述以及相关的比较;然后,建立了追踪航天器和目标航天器间相对动力学方程以及基于仅视线测量相对导航时的量测方程;最后,结合三种典型的相对运动形式进行了数值仿真.仿真结果表明,平方根滤波提取距离信息的能力优于EKF滤波.

摘要： 本文针对一类状态方程为线性,测量方程为非线性并存在模型误差的非线性系统,提出了一种鲁棒UKF滤波方法.通过分析模型误差和滤波算法所造成模型信息损失的影响,构造估计误差协方差阵的上界,并用于滤波器设计,以保证滤波的一致性,同时通过设置滤波增益使得估计误差协方差阵上界最小化,以确保不过多的损失滤波精度.将所提出的方法应用于空间交会对接相对导航问题,仿真结果表明,所提出的鲁棒UKF方法较经典UKF方法对测量模型误差具有更好的鲁棒性,能够得到更精确的估计结果.

摘要： 在轨服务航天器是近年来国内外航天领域研究的一个热点问题，通信保障航天器作为一类在轨服务航天器能够为出现通信故障的航天器提供数据中继服务，对于延长其在轨寿命具有重要意义。为提高通信保障航天器天线指向精度，提出一种基于粒子滤波的通信保障航天器相对导航方法，获得两个航天器间更精确相对位置和速度。该方法利用测量距离远、覆盖率高和可全天候工作的无线电设备为主要测量部件，利用粒子滤波在非线性系统滤波上的优势，进行相对位置和速度的估计。仿真结果表明新算法能够有效降低测量误差，提高相对位置和速度估计精度，保证通信保障航天任务的有效进行。

摘要： 空间攻防中，拦截卫星相对目标卫星导航参数的确定，对拦截卫星的拦截轨道设计十分重要。本文针对目标卫星轨道为椭圆轨道且拦截卫星存在机动的情况，研究了拦截卫星的相对导航算法。首先，推导了目标卫星轨道为椭圆轨道时拦截卫星的相对运动方程，并根据星间测量几何关系推导了测量方程；其次，通过引入拦截卫星的机动加速度并考虑其控制误差，设计了改进的扩展卡尔曼滤波器，以提高拦截卫星的相对导航精度；最后，通过仿真验证了算法的有效性，并获得了较好的相对导航精度。

摘要： 本文针对非合作目标自主交会中远程段的相对导航问题，提出基于双视线测量的相对导航方案。首先建立了适用于描述航天器远距离相对运动的轨道动力学方程，方程中考虑了J2项摄动影响，以此为基础建立滤波的系统状态方程。然后，根据主、辅追踪航天器及目标航天器间的相对量测量与空间几何关系建立滤波的系统量测方程。最后采用广义卡尔曼滤波(EKF)解算目标航天器的相对运动状态。仿真算例表明，该导航方案能有效估计非合作目标的相对运动状态。

摘要： 本文针对交会对接寻的段的轨道特征和导航要求,采用GPS伪距测量量,且不进行选星,直接采用所有公共可见星设计了两种相对导航滤波器.仿真结果表明:不论是EKF(扩展卡尔曼滤波)还是STF(强跟踪滤波),在可见星数目变化时,相应的导航滤波误差均有一定程度的跳变。由于STF中引入多重渐消因子,使得滤波器收敛速度比EKF快,且滤波器达到稳定时,对过程的突变跟踪能力强.

摘要： 从脉冲星导航的角度,提出了利用脉冲星的脉冲接收信息确定分布式卫星系统相对位置的方法,该方法借助于分布式卫星系统对同一脉冲星的观测信息,利用不同航天器接收的脉冲星信号子空间旋转的特性获得星间相对距离.结合实际的分布式卫星系统的轨道信息,进行了仿真,仿真结果表明利用相关估计的方法可以完成星间的相对距离确定,为今后分布式航天器的应用提供了新的技术支持.

摘要： 从脉冲星导航的角度,提出了利用脉冲星的脉冲接收信息确定分布式卫星系统相对位置的方法,该方法借助于分布式卫星系统对同一脉冲星的观测信息,利用不同航天器接收的脉冲星信号子空间旋转的特性获得星间相对距离.结合实际的分布式卫星系统的轨道信息,进行了仿真,仿真结果表明利用相关估计的方法可以完成星间的相对距离确定,为今后分布式航天器的应用提供了新的技术支持.

摘要： 本发明涉及一种用于相对于医学图像对工具进行导航的荧光导航系统。该荧光导航系统包括：机动化的X射线成像系统，被适配成获取患者的目标区域的多幅图像，每幅图像的位置在成像系统的参考信息中是已知的；定位系统；配准模型(30)，包括多个射线不能够透过的基准物(31)；追踪器(20)，被适配成由定位系统追踪；处理器，被配置为接收由机动化的X射线成像系统获取的多幅图像，并且使用在多幅图像中可见的射线不能够透过的基准物(31)由所述图像重建三维医学图像；基部(10)，大体上由射线能够透过的材料制成，该基部(10)被适配成刚性地固定到患者的骨(B)，并且包括用于附接配准模型(30)和/或追踪器(20)的可重复固定系统。

摘要： 本发明公开了一种基于星敏感器辅助的相对论天文效应导航仪及其导航方法，该导航仪包括：星敏感器、2N个干涉孔径、2N个多自由度调节支架、数据处理与控制系统和隔振平台；星敏感器和数据处理与控制系统设置在多自由度调节支架中心，数据处理与控制系统位于星敏感器下方；各干涉孔径以星敏感器为中心均布在隔振平台上；各多自由度调节支架分别设置在各干涉孔径与隔振平台之间。本发明可实现亚毫角秒量级的精确指向测量，满足相对论效应的高精度指向测量需求，适用于工程应用。

摘要： 提供一种基于惯性的导航设备和基于相对预积分的惯性导航方法。所述基于惯性的导航设备包括：第一传感器，基于第一坐标系检测并输出关于正在移动的移动物体的运动信息；第二传感器，基于第二坐标系检测并输出关于与移动物体的运动相关的平移加速度和旋转角速度的惯性数据；控制器，基于运动信息和惯性数据，每第一时间确定关于移动物体在参考坐标系中的位置、速度和姿态的姿势信息。

摘要： 本发明一种双星编队周期相对运动仅测距相对导航解析方法，能够在卫星不进行特殊轨道机动，也不增加星载数据链接收天线的情况下，仅依靠天线接收机的偏离质心安装和姿态镜像机动辅助，就能实现周期相对运动编队双星的解析式自主相对导航。其以双星编队中双星的相对轨道运动方程为导航状态方程进行相对轨道进行演化，以偏离卫星质心安装的星载数据链天线接收机测量的进行姿态镜像机动前后的相对距离信息，解析求解相对位置和相对速度，完成周期相对运动编队双星仅测距相对导航。通过引入天线接收机偏离卫星质心安装的偏心效应，获得仅测距相对导航解的可观测能力；采用姿态镜像机动辅助实现解析求解得到相对位置和速度。

摘要： 一种高鲁棒性空间相对导航目标相对坐标解算方法及系统，包括：(1)建立含有真实标定参数的双目视觉相机模型；(2)根据含有真实标定参数的双目视觉相机模型，获得空间相对导航目标在图像中像素位置应该满足的第一组约束条件；(3)在含真实标定参数相机模型的基础上，由空间相对导航目标在相机图像中的像素点位置求解目标的物理空间相对坐标，得到求解模型；(4)根据建立的目标的物理空间相对坐标求解模型基础上，确定预期观测距离范围内目标相对坐标求解应满足的第二组约束条件；(5)对两组约束条件进行简化，得到空间相对导航目标空间位置求解的约束准则；(6)在约束准则下，利用目标空间位置求解数学模型，实现空间相对导航目标的相对坐标的求解。

摘要： 本发明实施例公开了一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置，该方法包括：获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航。本发明通过将每一相对语义矩阵作为图像通道,将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件中，从而保持了相对语义数据原有的特点，使得结构简单、索引方便快速，且减小了相对导航中数据的存储开销。

摘要： 一种高鲁棒性空间相对导航目标相对坐标解算方法及系统，包括：(1)建立含有真实标定参数的双目视觉相机模型；(2)根据含有真实标定参数的双目视觉相机模型，获得空间相对导航目标在图像中像素位置应该满足的第一组约束条件；(3)在含真实标定参数相机模型的基础上，由空间相对导航目标在相机图像中的像素点位置求解目标的物理空间相对坐标，得到求解模型；(4)根据建立的目标的物理空间相对坐标求解模型基础上，确定预期观测距离范围内目标相对坐标求解应满足的第二组约束条件；(5)对两组约束条件进行简化，得到空间相对导航目标空间位置求解的约束准则；(6)在约束准则下，利用目标空间位置求解数学模型，实现空间相对导航目标的相对坐标的求解。

摘要： 本发明一种双星编队周期相对运动仅测距相对导航解析方法，能够在卫星不进行特殊轨道机动，也不增加星载数据链接收天线的情况下，仅依靠天线接收机的偏离质心安装和姿态镜像机动辅助，就能实现周期相对运动编队双星的解析式自主相对导航。其以双星编队中双星的相对轨道运动方程为导航状态方程进行相对轨道进行演化，以偏离卫星质心安装的星载数据链天线接收机测量的进行姿态镜像机动前后的相对距离信息，解析求解相对位置和相对速度，完成周期相对运动编队双星仅测距相对导航。通过引入天线接收机偏离卫星质心安装的偏心效应，获得仅测距相对导航解的可观测能力；采用姿态镜像机动辅助实现解析求解得到相对位置和速度。

摘要： 本发明公开了基于相对导航信息的多源融合导航方法及系统，充分利用导航系统内的导航信息，将自身的绝对导航信息和与其他节点的相对定位信息相融合，实现事半功倍的效果，提高了在复杂环境中的个体和整体的导航精度，较单一导航源的场景，提高了导航的准确性和鲁棒性；采用惯导和卫星作为组合导航主体框架，并结合其他可用的导航设备，进行组合导航获得初步的导航信息，同时利用测距、测向传感器获取相对位置和角度，最终所有导航信息都实时显示在终端；不局限于两个节点，适用范围较广；不局限于节点之间的连接方式；不局限于某一种智能体，实现个体和整体导航精度的提升；不局限于惯性导航设备的精度，可以同时适应高、低精度的设备。

摘要： 本发明属于自主导航及无线电导航技术领域，特别是涉及一种利用机群编队相对导航信息修正成员飞机惯性导航定位误差的方法。本发明是在机群编队飞行时，利用机群编队相对导航信息，使机群内飞机惯性导航的定位误差达到平均值。惯性导航的性质决定了机群内各个惯性导航多次启动时定位误差是相互独立、随机的，且服从正态分布，这种性质决定了每次工作时，机群内不同惯性导航的定位误差可能方向各异。本发明正是利用惯性导航的这种性质与编队内各飞机的相对导航信息在飞机数量达到一定程度时，对机群内成员的惯性导航定位误差有一定的修正效果。