一种采用双目视觉加惯性测量的航天器组合相对导航方法*

赵逸伦 乔 兵 靳永强 郁 丰

1.南京航空航天大学，南京210000 2.上海宇航系统工程研究所，上海201100



一种采用双目视觉加惯性测量的航天器组合相对导航方法*

赵逸伦1乔 兵1靳永强2郁 丰1

1.南京航空航天大学，南京210000 2.上海宇航系统工程研究所，上海201100

以对偶四元数为数学工具，在机器视觉和惯性导航的基础上提出了一种新的航天器相对导航算法。介绍了对偶四元数的空间位姿模型，并基于共线投影原理建立了双目视觉的测量模型，为系统提供观测数据。根据航天器运动学模型推导其状态方程，并在此基础上设计了扩展卡尔曼滤波器。通过计算机仿真验证了该相对导航算法的有效性。仿真结果表明该方法对航天器的相对位置、姿态和速度均具有良好的估计精度，可以满足交会对接、航天器捕获等任务的精度需求。 关键词 双目视觉；组合相对导航；对偶四元数；卡尔曼滤波；航天器

两航天器间的相对位姿问题本质上可以归结为两不共点坐标系之间的螺旋变换问题[1]。目前用于描述两坐标系位姿的方法有很多，常见的有欧拉角，方向余弦矩阵以及哈密顿四元数。方向余弦矩阵的几何意义明确，但因其多达6个约束条件而影响其广泛使用[1]。欧拉角的物理意义比较直观，但运动学方程复杂不便于计算。四元数的引入，虽然弥补了旋转矩阵在计算时的溢出缺陷，但是仍将坐标系的旋转与平移(或者说是坐标系间的相对位置与姿态)分开处理。……