空间航天器交会对接位姿精度估测研究

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1、第33卷第12期计算机仿真2016年12月===‘===========================================：：文章编号：1006—9348(2016)12—0047—07空间航天器交会对接位姿精度估测研究冷青凡，薄煜明，赵高鹏，刘鲁江(南京理工大学自动化学院，江苏南京，210094)摘要：针对当前交会对接领域非合作位姿估测精度普遍不高及受空间条件限制的问题，提出了一种双目视觉的智能高精度位姿估测算法。对系统进行建模，设计遗传TRIAD算法对平移位姿进行初步估测，得相对位置

2、及相对速度，并设计改进型KALMAN滤波器，对初步估测结果再滤波。给出了遗传TRIAD算法与改进型KALMAN滤波算法的设计过程并进行仿真，算法跟踪速度快，鲁棒性强。仿真证明了算法设计的优越性，能有效提高非合作交会对接中位姿估测的精度。关键词：计算机仿真；非支配排序遗传算法；三元组算法；自适应；滤波器中图分类号：TP301文献标识码：BTheEstimationandFilteringofPositionandPoseBasedonGeneticAlgorithmandAdaptiveAlgorith

3、mLENGQing—fan，BOYu—ming，ZHAOGao—peng，LIULu—jiang(NanjingUniversityofScience&Technology，JiangsuNanjing，210094)ABSTRACT：Torealizethenoncooperativespacecraft’Snavigationwithhighprecisionintheprocessofrendezvousanddocking，theestimationalgorithmwithintellige

4、nceandhighprecisionbasingonbinocularvisionwasputforwardtocalculatetheposeandpositionofthespacecraft．Thesystemwasmodeled．GeneticTRIADalgorithmWaSdesignedtoforpreliminaryestimationoftranslationalposeandpositiontoobtaintherelativepositionandvelocity．Anim-p

5、rovedKalmanfilterwasdesignedtofilterthepreliminaryresults．ThegeneticTRIADalgorithmandimprovedKAL—MANfilteringalgorithmweredescribedforposeestimation，andprovedwithfasttrackingspeedaswellasrobust—ness．Thesimulationprovesthesuperiorityofthealgorithmwhichca

6、neffectivelyimprovetheestimationaccuracyofnoncooperativerendezvousanddocking．KEYWORDS：Computersimulation；Nondominatedsortinggeneticalgorithm；TRIADalgorithm；adaptivity；Fiherl引言随着人类空间活动的深入及空间技术的发展，交会对接技术越来越广泛地受到关注。交会对接¨1指的是两航天器在相应轨道中通过位姿及速度的调整达到交会，相对静止并进而

7、连成一个整体的过程。交会对接技术可具体分为合作目标交会对接技术及非合作目标交会对接技术，其中，非合作目标泛指一类不能提供有效合作信息的空间目标。由于实际情况下，空间环境对硬件的限制较大，所以非合作目标的研究更具普适性和必要性。对于非合作目标交会对接而言，相对位姿估测起着至关重要的影响，估测精度直接决定对接的成功与否。国内外学者已做了很多相关研究‘2。]阻15]。1994年提出的实验卫星收稿日期：2015—12—15修回日期：2016一03一03服务计划(experimentalservicingsat

8、ellite，ESS)旧。中，位姿估测依赖于基于多传感器数据融合的识别算法，缺点是算法复杂，运算量大。2002年提出的哈勃望远镜机器人修复计划，提出了一种非线性算法对航天器位姿进行估测，缺点是所需先验信息过多。同年提出的地球静止轨道恢复器计划(ro．boticgeostationaryorbitrestorer，ROGER)旧。位姿测量主要依靠激光测距和主动视觉，缺点是需要已知目标的尺寸、质量等信息。国内，徐文福Ho等于2009年提出的位姿估测方法是线性