[發(fā)明專利]非合作目標(biāo)柔性附著多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110686620.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN113408623B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔平遠(yuǎn);陸曉萱;朱圣英;梁子璇;葛丹桐;徐瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G01C21/24;G01C21/00;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 北京正陽理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的非合作目標(biāo)柔性附著多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)方法，涉及一種非合作目標(biāo)附著協(xié)同導(dǎo)航方法，屬于深空探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法為：針對(duì)小天體柔性附著過程中節(jié)點(diǎn)構(gòu)型時(shí)變的問題，利用節(jié)點(diǎn)間重合觀測(cè)區(qū)域內(nèi)角點(diǎn)特征的像元、像線構(gòu)建多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息，在柔性連接約束的前提下利用多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息對(duì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)型進(jìn)行估計(jì)，得到較為準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)構(gòu)型，進(jìn)而利用構(gòu)型將各節(jié)點(diǎn)自身的觀測(cè)數(shù)據(jù)或狀態(tài)估計(jì)轉(zhuǎn)化到相鄰節(jié)點(diǎn)，并通過動(dòng)力學(xué)遞推將不同時(shí)刻的觀測(cè)數(shù)據(jù)或狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行同步處理，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)。本發(fā)明能夠提高柔性附著過程中各節(jié)點(diǎn)的自主導(dǎo)航性能，有利于實(shí)現(xiàn)小天體表面的安全附著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非合作目標(biāo)附著協(xié)同導(dǎo)航方法，尤其涉及一種小天體附著協(xié)同導(dǎo)航方法，屬于深空探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

小天體動(dòng)力學(xué)環(huán)境復(fù)雜且先驗(yàn)信息匱乏，在其表面實(shí)現(xiàn)安全精確附著十分困難。未來小天體探測(cè)任務(wù)中，柔性多節(jié)點(diǎn)協(xié)同附著模式能夠降低探測(cè)器在小天體表面發(fā)生傾覆、反彈的風(fēng)險(xiǎn)，并通過協(xié)同導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制有效提高任務(wù)自主性和安全性。為了實(shí)現(xiàn)協(xié)同自主導(dǎo)航，文獻(xiàn)中提出了數(shù)據(jù)融合和狀態(tài)融合兩種策略，并分別提出了聯(lián)邦卡爾曼濾波，協(xié)方差交叉融合等估計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升協(xié)同導(dǎo)航性能，還有文獻(xiàn)提出了觀測(cè)時(shí)滯及不完全測(cè)量下的協(xié)同估計(jì)方法，修正觀測(cè)步長(zhǎng)異步不確知對(duì)協(xié)同估計(jì)影響。然而，針對(duì)非合作小天體柔性附著的多節(jié)點(diǎn)協(xié)同導(dǎo)航問題，還需要結(jié)合柔性附著的特點(diǎn)，考慮節(jié)點(diǎn)間相對(duì)狀態(tài)(節(jié)點(diǎn)構(gòu)型)的時(shí)變特性，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的協(xié)同估計(jì)，為安全附著提供支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的非合作目標(biāo)柔性附著多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)方法要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)小天體柔性多節(jié)點(diǎn)協(xié)同附著過程，考慮節(jié)點(diǎn)構(gòu)型時(shí)變不確知對(duì)節(jié)點(diǎn)信息融合的影響，在柔性連接約束的前提下，利用多節(jié)點(diǎn)光學(xué)觀測(cè)信息估計(jì)節(jié)點(diǎn)間相對(duì)狀態(tài)，對(duì)各節(jié)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)或狀態(tài)進(jìn)行融合，提高柔性附著過程中各節(jié)點(diǎn)自主導(dǎo)航性能，進(jìn)而提高非合作目標(biāo)柔性附著協(xié)同導(dǎo)航的性能，有利于非合作目標(biāo)在小天體表面實(shí)現(xiàn)安全附著。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的非合作目標(biāo)柔性附著多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)方法，針對(duì)小天體柔性附著過程中節(jié)點(diǎn)構(gòu)型時(shí)變的問題，利用節(jié)點(diǎn)間重合觀測(cè)區(qū)域內(nèi)角點(diǎn)特征的像元、像線構(gòu)建多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息，在柔性連接約束的前提下利用多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息對(duì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)型進(jìn)行估計(jì)，得到較為準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)構(gòu)型，進(jìn)而利用構(gòu)型將各節(jié)點(diǎn)自身的觀測(cè)數(shù)據(jù)或狀態(tài)估計(jì)轉(zhuǎn)化到相鄰節(jié)點(diǎn)，并通過動(dòng)力學(xué)遞推將不同時(shí)刻的觀測(cè)數(shù)據(jù)或狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行同步處理，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)。本發(fā)明能夠提高柔性附著過程中各節(jié)點(diǎn)的自主導(dǎo)航性能，有利于實(shí)現(xiàn)小天體表面的安全附著。

本發(fā)明公開的非合作目標(biāo)柔性附著多節(jié)點(diǎn)融合估計(jì)方法，包括如下步驟：

步驟一、由節(jié)點(diǎn)間重合觀測(cè)區(qū)域內(nèi)角點(diǎn)特征的像元、像線構(gòu)建多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息，在柔性連接約束下利用多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息構(gòu)建節(jié)點(diǎn)構(gòu)型估計(jì)問題，實(shí)現(xiàn)協(xié)同附著多節(jié)點(diǎn)間構(gòu)型的準(zhǔn)確估計(jì)。

為了減小時(shí)變不確知節(jié)點(diǎn)構(gòu)型對(duì)多節(jié)點(diǎn)信息融合的影響，在柔性連接約束下利用多視點(diǎn)幾何光學(xué)信息構(gòu)建節(jié)點(diǎn)構(gòu)型估計(jì)問題，作為優(yōu)選，所述估計(jì)問題選用估計(jì)的最小二乘問題。

節(jié)點(diǎn)構(gòu)型表示為

{^Lx^ij∈^LX^F||(i,j)∈ε} (1)

其中，^LX^F為節(jié)點(diǎn)構(gòu)型，^Lx^ij＝(^Lp^ij,^Lv^ij，^Lq^ij)為組成構(gòu)型的元素，代表節(jié)點(diǎn)構(gòu)型抽象成的圖，ν代表節(jié)點(diǎn)，ε代表節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，與節(jié)點(diǎn)i相鄰節(jié)點(diǎn)的集合表示為

節(jié)點(diǎn)搭載相機(jī)的觀測(cè)方程為