[發明專利]一種非合作目標運動與慣性參數的時頻域混合辨識方法

有效

• 申請號: 201710772043.5
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107702709B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 黃攀峰;韓冬;劉正雄;孟中杰;張夷齋;張帆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/10
• 分類號: G01C21/10;G01M1/12
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種非合作目標運動與慣性參數的時頻域混合辨識方法，首先通過視覺相機獲得目標的位姿信息。本文提出一種在視覺測量目標位姿的基礎上，解耦運動過程中的平動與轉動，時域與頻域同步辨識目標的狀態與動力學參數，頻域上采用DFT辨識與平動相關參量，時域上線性化空間漂浮目標動力學方程，采用EFIR辨識與轉動相關參量。

技術領域

本發明屬于航天器參數辨識領域，涉及一種非合作目標運動與慣性參數的時頻域混合辨識方法。

背景技術

空間操作作為未來航天技術發展的方向，越來越受到航天大國的重視。由平臺基座、操作機械臂組成的空間機械臂機器人可廣泛應用于在軌加注、故障衛星維護、軌道垃圾清理、輔助變軌等在軌服務任務。空間機械臂機器人為空間機器人的一種，其具有較大的工作空間和靈巧的操作性能。已經成為當前空間操作的主要手段。

空間操作的前提是對目標的抓捕，由于被抓捕對象為非合作目標，其運動狀態與慣性參數未知，這對于抓捕及抓捕后復合體的穩定控制造成了很大的影響，已有的研究成果及實驗都是針對參數已知的合作目標，或者采用激勵的方法進行辨識，需要與目標物理連接，這在目標完全未知的條件下是有風險的。而已有的基于視覺的參數辨識都是在時域進行處理，需要提前已知或假設量測噪聲與過程噪聲，這在空間復雜背景條件下又是極其苛刻的。并且由于待估計參數較多，需要更長的處理時間，這對辨識精度與燃料消耗都是極其不利的。因此有必要發明一種更準確更快速的非合作目標參數辨識方法，以獲得目標的運動速度、角速度以及慣性參量等參數。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種非合作目標運動與慣性參數的時頻域混合辨識方法，主要針對具備視覺觀測系統的空間智能機器人對非合作目標的目標位置、平動速度、轉動角速度以及慣性參量等運動參量及慣性參量的辨識方法.

技術方案

一種非合作目標運動與慣性參數的時頻域混合辨識方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：由視覺相機獲得的非合作目標相對位姿信息；

步驟2、根據視覺相機獲得的目標位姿信息以及航天器運動方程，采用頻域最優濾波器對非合作目標的質心位置及平動速度進行估計：

2-1)設計頻域濾波器，對非合作目標位置序列進行DFT變換，相當于把這個序列通過一個FIR數字濾波器，位置序列r_s(n)的離散付里葉變換式

式中，N為變換點數目，r_s(n)為n時刻目標的位置，由視覺相機獲得，如圖1所示。這相當于使序列r_s(n)中的每個樣本有相位滯后最后在n＝N-1時刻把經過相移的各個樣本疊加起來，就得出了序列r_s(n)中頻率為kΩ的頻譜分量的付里葉系數X(k)；

2-2)由于目標存在平動與轉動，將方程進行平動與轉動分解，

r_s＝r+R(q)ρ＝r₀+vt+R(q)ρ

其中：ρ為衛星質心到目標點位置矢量，ω為目標旋轉角速度，ρ,ω均為在相機所在坐標系下的表達，r為目標質心位置，r₀為初始時刻目標質心位置；相機所在坐標系相對于慣性坐標系的旋轉通過四元數q表示；

角速度與四元數的運動學關系表示為：

式中，同樣，對于姿態變化所采用的四元數乘法，做如下定義：