[发明专利]一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法

说明书

本发明涉及一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法，首先通过视觉相机获得目标的位姿信息。本文提出一种在视觉测量目标位姿的基础上，解耦运动过程中的平动与转动，时域与频域同步辨识目标的状态与动力学参数，频域上采用DFT辨识与平动相关参量，时域上线性化空间漂浮目标动力学方程，采用EFIR辨识与转动相关参量。

技术领域

本发明属于航天器参数辨识领域，涉及一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法。

背景技术

空间操作作为未来航天技术发展的方向，越来越受到航天大国的重视。由平台基座、操作机械臂组成的空间机械臂机器人可广泛应用于在轨加注、故障卫星维护、轨道垃圾清理、辅助变轨等在轨服务任务。空间机械臂机器人为空间机器人的一种，其具有较大的工作空间和灵巧的操作性能。已经成为当前空间操作的主要手段。

空间操作的前提是对目标的抓捕，由于被抓捕对象为非合作目标，其运动状态与惯性参数未知，这对于抓捕及抓捕后复合体的稳定控制造成了很大的影响，已有的研究成果及实验都是针对参数已知的合作目标，或者采用激励的方法进行辨识，需要与目标物理连接，这在目标完全未知的条件下是有风险的。而已有的基于视觉的参数辨识都是在时域进行处理，需要提前已知或假设量测噪声与过程噪声，这在空间复杂背景条件下又是极其苛刻的。并且由于待估计参数较多，需要更长的处理时间，这对辨识精度与燃料消耗都是极其不利的。因此有必要发明一种更准确更快速的非合作目标参数辨识方法，以获得目标的运动速度、角速度以及惯性参量等参数。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法，主要针对具备视觉观测系统的空间智能机器人对非合作目标的目标位置、平动速度、转动角速度以及惯性参量等运动参量及惯性参量的辨识方法.

技术方案

一种非合作目标运动与惯性参数的时频域混合辨识方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：由视觉相机获得的非合作目标相对位姿信息；

步骤2、根据视觉相机获得的目标位姿信息以及航天器运动方程，采用频域最优滤波器对非合作目标的质心位置及平动速度进行估计：

2-1)设计频域滤波器，对非合作目标位置序列进行DFT变换，相当于把这个序列通过一个FIR数字滤波器，位置序列r_s(n)的离散付里叶变换式

式中，N为变换点数目，r_s(n)为n时刻目标的位置，由视觉相机获得，如图1所示。这相当于使序列r_s(n)中的每个样本有相位滞后最后在n＝N-1时刻把经过相移的各个样本叠加起来，就得出了序列r_s(n)中频率为kΩ的频谱分量的付里叶系数X(k)；

2-2)由于目标存在平动与转动，将方程进行平动与转动分解，

r_s＝r+R(q)ρ＝r₀+vt+R(q)ρ

其中：ρ为卫星质心到目标点位置矢量，ω为目标旋转角速度，ρ,ω均为在相机所在坐标系下的表达，r为目标质心位置，r₀为初始时刻目标质心位置；相机所在坐标系相对于惯性坐标系的旋转通过四元数q表示；

角速度与四元数的运动学关系表示为：

式中，同样，对于姿态变化所采用的四元数乘法，做如下定义：