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地标自主导航的高精度地标库建立方法

杨博 张典律 赵晓涛

杨博, 张典律, 赵晓涛等 . 地标自主导航的高精度地标库建立方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0021
引用本文: 杨博, 张典律, 赵晓涛等 . 地标自主导航的高精度地标库建立方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0021
YANG Bo, ZHANG Dianlyu, ZHAO Xiaotaoet al. A building method of high-precision landmark library for landmark autonomous navigation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0021(in Chinese)
Citation: YANG Bo, ZHANG Dianlyu, ZHAO Xiaotaoet al. A building method of high-precision landmark library for landmark autonomous navigation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0021(in Chinese)

地标自主导航的高精度地标库建立方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0021
详细信息
    作者简介:

    杨博  女, 博士, 副教授。主要研究方向:航天器天文自主导航技术

    张典律  男, 硕士研究生。主要研究方向:导航制导与控制

    赵晓涛  男, 硕士研究生。主要研究方向:导航制导与控制

    通讯作者:

    杨博, E-mail: yangbo@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V448

A building method of high-precision landmark library for landmark autonomous navigation

More Information
  • 摘要:

    利用地标信息的卫星自主导航方法是通过星载光学摄像机实时拍摄地标景象来计算卫星的位置、速度等参数,具有完全自主的特点,并且适用范围广泛,可用于能够周期性获得地面图像的航天器,但受到地标选取方法以及地标库建立策略的制约,影响到导航精度,阻碍了推广使用。针对上述问题,提出了建立全局及高性能的地标库,即采用全球地标控制点选取的原则选取性能优良的全球地标样本,并自动生成全局地标库。通过计算机仿真验证了该方法的有效性,结果表明,使用全球地标控制点选取地标样本,并自动生成全局地标库,可以快速而准确地为航天器进行高精度的自主导航,导航位置误差约为99 m,速度误差约为0.08 m/s。

     

  • 图 1  地标导航原理图

    Figure 1.  Schematic of landmark navigation

    图 2  地面控制点的定义[8]

    Figure 2.  Definition of control point on earth surface[8]

    图 3  混合地貌遥感图像

    Figure 3.  Remote sensing image of mixed landscape

    图 4  混合地貌遥感图像的灰度化结果

    Figure 4.  Grayscale results of remote sensing image of mixed landscape

    图 5  灰度标准差

    Figure 5.  Standard deviation of grayscale

    图 6  灰度粗糙度

    Figure 6.  Roughness of grayscale

    图 7  候选控制区域

    Figure 7.  Selected ground control area

    图 8  典型地貌边界地标

    Figure 8.  Typical landmarks of topographic boundary

    图 9  典型地貌变化地标

    Figure 9.  Typical landmarks of topographic diversification

    图 10  典型纹理地标

    Figure 10.  Typical texture landmarks

    图 11  地标模板在卫星图像上的匹配

    Figure 11.  Matching of landmark template on satellite image

    图 12  相机成像的几何关系

    Figure 12.  Geometry of camera imaging

    图 13  地标导航的相关矢量关系

    Figure 13.  Related vector relation in landmark navigation

    图 14  使用本文地标库进行导航的导航误差

    Figure 14.  Navigation error of navigation with landmark library in the text

    图 15  不同地标信息数量的位置RMSE对比

    Figure 15.  Comparison of position RMSE for different number of landmark information

    图 16  使用传统地标库进行导航的导航误差

    Figure 16.  Navigation error of navigation with traditional landmark library

    图 17  不同地标库的位置RMSE对比

    Figure 17.  Comparison of position RMSE for different landmark libraries

    表  1  样例轨道的轨道要素

    Table  1.   Orbital elements of sample orbit

    参数 a/m e i/(°) ω/(°) M0/(°)
    数值 7 478 137.0 0 45.0 0 0
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    表  2  不同轨道高度仿真结果对比

    Table  2.   Comparison of simulation results of different orbital heights

    轨道高度/
    km
    平均位置误差
    (3σ)/m
    平均速度误差
    (3σ)/(m·s-1)
    500 62.713 4 0.058 2
    800 87.832 8 0.080 3
    1 100 99.125 5 0.086 9
    1 400 123.505 0 0.109 4
    1 700 165.607 7 0.130 0
    2 000 192.363 7 0.141 5
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    表  3  不同地标信息数量仿真结果对比

    Table  3.   Comparison of simulation results of different number of landmarks information

    地标信息数量 平均位置误差
    (3σ)/m
    平均速度误差
    (3σ)/(m·s-1)
    2 99.917 7 0.088 2
    3 99.125 5 0.086 9
    4 98.898 4 0.085 2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-16
  • 录用日期:  2017-04-24
  • 网络出版日期:  2018-01-20

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