东南大学程向红获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学申请的专利失效卫星近距离相对位姿自适应容积卡尔曼滤波估计方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116359960B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-27发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310441612.3,技术领域涉及:G01S19/39;该发明授权失效卫星近距离相对位姿自适应容积卡尔曼滤波估计方法是由程向红;魏海家设计研发完成,并于2023-04-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本失效卫星近距离相对位姿自适应容积卡尔曼滤波估计方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种失效卫星近距离相对位姿自适应容积卡尔曼滤波估计方法,属于失效卫星相对导航领域。该方法采用单目相机实现与失效卫星在观测阶段的相对导航。首先利用卫星间相对位置方程组即C‑W方程建立追踪航天器与失效卫星质心之间的平移运动学模型;而后假设失效卫星在无摄动的情况下做角速度不变的自旋运动,采用四元数表征其当前姿态与初始姿态间的姿态变换,采用姿态变换矩阵微分方程作为其旋转运动学模型。最后采用容积卡尔曼滤波算法作为非线性系统的滤波算法,并利用模糊算法实现对量测噪声R的自适应。相较于常规的容积卡尔曼滤波方法,提高精度的同时也保证滤波程序的稳定性。
本发明授权失效卫星近距离相对位姿自适应容积卡尔曼滤波估计方法在权利要求书中公布了:1.一种失效卫星近距离相对位姿自适应容积卡尔曼滤波估计方法,其特征在于,该方法包括如下步骤: 1利用卫星间相对轨道动力学方程表征追踪航天器与失效卫星间的相对位置,利用姿态四元数表征失效卫星的相对姿态,并假设失效卫星在空间中做角速度不变的匀速自旋运动,建立追踪航天器与失效卫星之间的相对运动学模型,并将其作为系统方程;追踪航天器与失效卫星之间的相对位置、相对姿态、相对速度和相对角速度作为状态变量; 定义相对姿态四元数为当前失效卫星特征点集相对于初始的特征点集之间的姿态变换四元数,其中为姿态四元数的四个参数,则相应的姿态变换矩阵为: ; 由姿态变换矩阵表示的相对姿态运动学方程为: ; 其中,为姿态变换矩阵的导数,为时刻的失效卫星的角速度向量;为失效卫星的角速度向量对应的反对称矩阵,为0时刻的姿态变换矩阵,其值为初始姿态矩阵,其值可由PNP算法利用初始三维点云和首幅图片二维特征点解算得到; 选取系统状态变量为: ; ; 其中为k时刻速度位置量,为追踪航天器轨道坐标系,、、代表失效卫星质心位置k时刻在坐标系下、、轴向的分量;、、代表失效卫星质心速度k时刻在坐标系下、、轴向分量;为k时刻姿态量,为k时刻姿态四元数的四个参数;为失效卫星k时刻的角速度量,为的三个分量; 状态方程为: ; ; ; 其中为k+1时刻速度位置量,为k时刻位置量状态转移矩阵,为时间间隔; 姿态量状态转移方式为: ; 为k时刻到k+1时刻间的等效旋转矢量,为等效旋转矢量的模值,为对应的四维反对称阵; 角速度量和失效卫星载体系坐标量状态更新为: ; 为k+1时刻角速度量; 2采用追踪航天器自身携带的单目相机采集的序列图像数据作为系统的量测量,利用在地面上标定的相机相对于追踪航天器质心的位置信息,与相机坐标系相对追踪航天器载体系的姿态信息以及相机的映射模型建立系统的量测函数; 3给定滤波系统的初始状态值,利用步骤1中建立的相对运动学模型作为系统方程对追踪航天器与失效卫星之间下一时刻的状态变量进行预测; 4利用步骤2中采集到的失效卫星特征点在当前时刻图像中的二维坐标作为量测量,采用模糊自适应逻辑控制器对噪声参数进行修正,并对步骤3中预测的状态量进行修正,将状态变量作为滤波结果输出。
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