《基於光流和運動核估計的太空飛行器姿態運動參數估計方法》是依託北京航空航天大學，由寧曉琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光流和運動核估計的太空飛行器姿態運動參數估計方法
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：寧曉琳
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高精度的姿態確定是對太空飛行器進行精確控制的前提，本項目擬針對無陀螺條件下的太空飛行器姿態運動參數，包括旋轉軸，旋轉角速度，旋轉角加速度等的確定問題，探索利用星敏感器和星點跟蹤、光流法和運動核估計等圖像處理技術的太空飛行器運動參數確定方法，一方面可為太空飛行器的運動參數獲取提供一個新的途徑，另一方面也可作為常規方法的備份和補充。由於不論採用何種測量原理和觀測信息，測量誤差均不可避免，因此本項目擬採用濾波方法對姿態運動參數進行估計，因此本項目首先需要建立同時滿足姿態和姿態誤差約束條件的狀態模型，在此基礎上首先完成基於Markley變數和傳統的星點跟蹤的太空飛行器姿態運動參數線上估計方法，在此基礎上重點探索和研究將光流法用於連續星圖的處理，通過獲取的光流矢量獲得太空飛行器姿態運動參數估計方法和利用長時曝光拖尾星圖上留下的運動信息，通過估計運動核（模糊核）獲得的太空飛行器姿態運動參數的方法。
結題摘要
太空飛行器在執行飛行任務時，對其指向、旋轉角度和角速度等姿態運動參數有精確的要求，太空飛行器姿態運動參數確定的精度直接決定了姿態控制的精度，並最終決定了整個航天任務的壽命。目前太空飛行器主要的姿態確定方法是靠陀螺獲得姿態運動的角速度或角加速度，靠星敏感器獲得相對慣性空間的絕對姿態角。但陀螺壽命通常較短、故障率高，因此需要研究不依賴陀螺的角速度確定方法。本項目就是針對上述問題探索了利用星敏感器獲得的星圖，通過圖像處理技術，實現太空飛行器姿態運動參數確定新方法。具體研究內容包括：滿足姿態和姿態誤差約束條件的狀態模型及濾波方法、基於Markley變數和星點跟蹤的太空飛行器姿態運動參數線上估計方法、基於星圖光流法的太空飛行器姿態運動參數估計方法、基於模糊星圖的太空飛行器角速度估計方法和基於光流的INS/VNS和INS/VNS/CNS組合導航方法。其中，基於星圖光流法的太空飛行器姿態運動參數估計方法主要用於低動態條件的自旋穩定衛星和三軸穩定衛星，該方法充分利用了Markley變數在自旋衛星姿態估計方面的優勢，並且僅使用一個星敏感器就能獲得高精度姿態參數。套用風雲二號軌道數據仿真結果表明，在星敏感器精度為3″時，該方法自旋軸估計精度為0.02°，自旋角速度的估計精度可達到10-4 (°)/s數量級。基於模糊星圖的太空飛行器角速度估計方法主要用於高動態條件下的太空飛行器，仿真結果表明，在當太空飛行器角速度為三軸正弦轉動的情況下，該方法的非光軸方向的角速度估計精度可達到0.01°/s，光軸方向的角速度估計誤差為0.06°/s，相比軌跡線性化後提取量測量進行角速度估計的方法，該方法的三軸角速度估計精度分別提升了90.8%，91.6%和66.0%。 本項目共發表論文19篇，其中SCI收錄17篇，Q1區論文11篇。培養博士生1名；碩士生3名；培養的研究生中1人獲國家研究生獎學金。項目負責人於2017年獲得國家優秀青年科學基金。“太空飛行器新型自主天文導航系統關鍵技術及套用”獲2018教育部技術發明一等獎。
