基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统，包括同步定位与建图部分、目标位姿估计部分、航天器自主导航规划部分和地面仿真系统。本发明专利技术的有益效果为：在空间复杂场景下的目标逼近、服务阶段，采用激光雷达作为位姿获取的传感器，精度高、适用范围广，可以解决服务航天器和非合作目标的相对位置姿态测量问题。

Relative autonomous navigation system of Spacecraft Based on SLAM Technology

The invention discloses a relative autonomous navigation system for Spacecraft Based on SLAM technology, including synchronous location and mapping part, target pose estimation part, spacecraft autonomous navigation planning part and ground simulation system. The beneficial effect of the invention is: in the stage of approaching and serving in the space complex scene, the lidar is used as the sensor to get the position and posture, which has high accuracy and wide application range. It can solve the relative position and attitude measurement problem of the service spacecraft and the non cooperative target.

【技术实现步骤摘要】
基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统
本专利技术涉及空间服务
，尤其是一种基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统。
技术介绍
随着人类探索、开发和利用外层空间的深入，对航天技术提出了更高的要求。太空成为战略竞争新的制高点，纷纷开展对各项空间服务技术的研究，如故障航天器的在轨捕获与维修、空间垃圾清理等方面的研究。然而，空间环境复杂多变，如目标非合作、目标航天器翻滚、无光照、存在障碍物(空间碎片)等。在这种复杂条件下，如何保证航天器相对于目标航天器进行自主导航已成为目前航天
亟待解决的重要问题。空间服务可以通过空间机器人或微小卫星靠近、操控目标航天器来实现，为未来空间维护、空间攻防等提供有效手段。根据待捕获的目标飞行器能否提供有效的合作信息，空间目标捕获技术分为合作目标捕获技术和非合作目标捕获技术这两类。非合作指的是目标航天器没有合作的轨道和姿态控制、或者没有专门的用于对接的接口、或是没有基于视觉导航的识别标志等。目前的航天技术发展情况下，空间合作目标已相对成熟，并已成功应用于一些航天器的空间服务项目；而空间非合作目标的服务技术还不是很成熟，现在还没有国家能够实现空间非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统，其特征在于，包括：同步定位与建图部分、目标位姿估计部分、航天器自主导航规划部分和地面仿真系统；同步定位与建图部分包括激光雷达和惯性测量单位，激光雷达采集空间环境的点云数据，惯性测量单位采集航天器自身的运动数据，通过融合传感器数据，对航天器进行定位，并构建全局地图；目标位姿估计部分对激光雷达获取的点云进行特征点提取、目标识别、位姿估计，并对目标未来时刻的状态进行预测；航天器自主导航规划部分构建航天器在空间环境中进行相对自主导航的坐标系，结合对目标的位姿估计和预测的姿态信息，针对目标任务问题进行数学描述，规划航天器移动到目标的最优路径并在自主移动过程中...

【技术特征摘要】
1.一种基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统，其特征在于，包括：同步定位与建图部分、目标位姿估计部分、航天器自主导航规划部分和地面仿真系统；同步定位与建图部分包括激光雷达和惯性测量单位，激光雷达采集空间环境的点云数据，惯性测量单位采集航天器自身的运动数据，通过融合传感器数据，对航天器进行定位，并构建全局地图；目标位姿估计部分对激光雷达获取的点云进行特征点提取、目标识别、位姿估计，并对目标未来时刻的状态进行预测；航天器自主导航规划部分构建航天器在空间环境中进行相对自主导航的坐标系，结合对目标的位姿估计和预测的姿态信息，针对目标任务问题进行数学描述，规划航天器移动到目标的最优路径并在自主移动过程中实时避障，最后超近距离控制目标；地面仿真系统搭建多自由度的气浮台模拟服务航天器，并模拟目标的运动，然后通过实验验证自主导航路径规划的算法。2.如权利要求1所述的基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统，其特征在于，选用三维激光雷达Velodyne-16采集空间环境的信息，惯性测量单元STIM300采集航天器自身的运动信息。3.如权利要求1所述的基于SLAM技术的航天器相对自主导航系统，其特征在于，计算机融合激光雷达与惯性测量单元的数据，进行定位与构建全局地图，具体包括如下步骤：(a...

【专利技术属性】
技术研发人员：康国华，马云，金晨迪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32