深空探測器自主光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、自主光學(xué)導(dǎo)航方法具有自主性強(qiáng)、精度高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，是未來深空任務(wù)必然的選擇和最重要的技術(shù)手段之一。本文以深空探測器與小行星交會為背景，重點(diǎn)研究深空探測器自主光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)，論文主要內(nèi)容包括：
　　首先，為使得導(dǎo)航算法具備更好適用性，本文采用生成模擬圖像的方法對算法進(jìn)行驗(yàn)證。通過研究深空探測任務(wù)中目標(biāo)天體的幾何光學(xué)成像原理，以及光反射過程中的強(qiáng)度變換關(guān)系，并考慮一般天體表面大氣、火山口及彈殼紋理狀況，完成天體光學(xué)模擬圖像生成，采用

2、直方圖分析方法與真實(shí)圖像進(jìn)行對比分析以評估模擬圖像的可信度。
　　其次，設(shè)計(jì)了光學(xué)導(dǎo)航圖像處理與信息提取算法，結(jié)合圖像預(yù)處理方法、采用基于Canny算子的邊緣檢測算法完成天體邊緣的初始提取，考慮到天體表面光照區(qū)域與背光陰影區(qū)域交接形成偽邊緣，通過分析圖像梯度分布對其實(shí)現(xiàn)有效去除，并借助包括最小二乘法、Levenberg-Marquardt算法、以及改進(jìn)的直接最小二乘估計(jì)發(fā)完成橢圓輪廓的曲線擬合，以及完成天體中心視線矢量的提取工作。

3、
　　最后，考慮導(dǎo)航相機(jī)成像模型，完成交會小行星自主光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模，選取不同的導(dǎo)航天體和導(dǎo)航測量信息，建立了包括目標(biāo)小行星視線觀測、目標(biāo)小行星和太陽視線觀測以及目標(biāo)小行星視線及夾角觀測的導(dǎo)航測量模型。為考察所建立導(dǎo)航模型其觀測信息是否具備解算出系統(tǒng)狀態(tài)的能力，本文采用數(shù)值分析法對導(dǎo)航系統(tǒng)的可觀性和可觀度進(jìn)行分析。針對所選擇的不同系統(tǒng)狀態(tài)變量和導(dǎo)航測量信息，結(jié)合探測器軌道動(dòng)力學(xué)相對運(yùn)動(dòng)模型，基于擴(kuò)展卡爾曼濾波理論完成導(dǎo)航濾波