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基于深度学习的单目航天器姿态估计研究综述：现状、局限性和前景
估计不合作航天器的姿态是一个重要的计算机视觉问题，它有助于在轨道上部署基于视觉的自动系统，其应用范围从在轨服务到空间碎片清除。随着计算机视觉的总体趋势，越来越多的工作开始关注利用深度学习 (DL) 方法解决这个问题。然而，尽管研究阶段的成果令人鼓舞，但阻碍在实际任务中使用此类方法的主要挑战仍然存在。特别是，这种计算密集型算法的部署仍未得到充分研究，而在合成图像上进行训练和在真实图像上进行测试时的性能下降仍有待缓解。本调查的主要目标是全面描述当前基于 DL 的航天器姿态估计方法。次要目标是帮助确定有效部署基于 DL 的航天器姿态估计解决方案以实现可靠的自主视觉应用的局限性。为此，本调查首先根据两种方法总结了现有算法：混合模块化流水线和直接端到端回归方法。本文不仅从姿势准确性的角度对算法进行了比较，还重点关注了网络架构和模型大小，同时考虑到了潜在的部署。然后，讨论了用于训练和测试这些方法的当前单目航天器姿势估计数据集。还讨论了数据生成方法：模拟器和测试平台、合成生成的图像与实验室/空间收集的图像之间的领域差距和性能下降以及潜在的解决方案。最后，本文提出了该领域的开放研究问题和未来方向，并与其他计算机视觉应用进行了比较。
微纳卫星太阳定向自旋稳定姿态纯磁控制研究
摘要：面向太阳的姿态控制是大多数微纳卫星最重要的姿态控制方式之一，直接影响在轨能量获取，因此采用最简单的传感器和执行器以及最可靠的算法实现面向太阳的姿态控制具有重要意义。提出一种纯磁控制的面向太阳自旋稳定微纳卫星姿态控制方法，控制过程分为初始阻尼阶段、太阳对准阶段、自旋加速阶段和自旋稳定阶段4个阶段。所提方法考虑了轨道阴影区、太阳敏感器及太阳板偏置安装、太阳敏感器视场限制以及环境扰动力矩的影响。通过数值仿真评估了控制性能，仿真结果表明所提方法适用于搭载太阳敏感器和三轴磁力计作为姿态传感器、3个正交安装磁力矩器作为姿态执行器的卫星。所提出的方法适用于大多数地磁场能够提供足够姿态控制扭矩的地球轨道卫星。
STK Premium（太空）高级分析工具和... - Agi
STK 的 SatPro 功能可实现更高保真度的卫星系统建模和分析。SatPro 中包含的传播器可以整合数值积分和运动微分方程、计算月和年的星历表，并集成专门的传播方法。SatPro 还通过姿态范围、姿态覆盖以及定制的配置文件和约束增强了设计师和操作员的姿态分析。最后，SatPro 为您提供了一组卫星工程工具，用于模拟卫星的表面积、质量、太阳能电池板配置等。
日本“SLIM”号航天器登陆月球的结果。
登陆月球表面。• 在约 50m 的高度，机载导航引导控制系统检测到异常并执行模式转换。SLIM 继续启动剩余的主发动机，同时改变姿态以减少横向运动，并自主地按照顺序向着陆模式序列前进。• SLIM 以几乎直立的姿势缓慢但有横向速度着陆（约 00:19:52 JST）。• 横向速度和姿态等着陆条件超出规定范围，着陆后产生较大的姿态波动，导致稳定姿态与预期不同。
使用 SmartScan 进行智能成像
通常用于卫星地球观测的相机在图像采集过程中需要较高的姿态稳定性。对于某些类型的相机（尤其是高分辨率“推扫式”扫描仪），即使不到一弧秒的瞬时姿态变化也会导致严重的图像失真和模糊。动量轮和反作用轮、机械激活的冷却器以及机载转向和部署机制产生的微冲击和振动会导致高频姿态变化，这尤其成问题。地球观测卫星对姿态稳定性的要求很高，这是其复杂性和高成本的主要原因之一。新颖的 SmartScan 成像概念基于没有移动部件的光电系统，有望在卫星姿态稳定性适中的情况下实现高质量成像。SmartScan 在帧采集期间实时记录相机焦平面上的实际图像运动，以纠正图像中的失真。创新的高速机载光电相关处理器提供了出色的实时性能和亚像素精度的图像运动测量。因此，SmartScan 将允许推扫式扫描仪用于卫星和其他主要不用于成像任务的空间平台的高光谱成像，例如具有简化姿态控制、低轨道通信的微型和纳米卫星。
印度 Pratham 的态度确定和控制......
本文介绍了由印度理工学院孟买分校学生建造的微型卫星“Pratham”的姿态确定和控制子系统。学生卫星（如 Pratham）通常具有有限的传感、计算和通信能力，因此需要自主且计算效率高的算法。本文介绍了以最小计算负荷和无需任何地面支持即可实现所需指向精度的姿态确定和控制方法。三轴磁力计、六个 2-π 太阳传感器和一个单频 GPS 接收器用作机载传感器，使用单帧方法进行姿态确定。姿态控制器设计为使用三个正交磁力矩器实现 10 度的天底指向精度。通过涉及卫星环境、动力学、执行器和传感器模型的闭环仿真验证了算法的性能。最后，介绍了实时机载计算机在环仿真的初步结果。
综合控制方案可改善抗干扰能力...
摘要：对于新型无扰动有效载荷（DFP）航天器，由于脐带电缆的存在，低频扰动难以隔离，降低了有效载荷的指向精度和稳定性。本研究设计了一种改进的DFP航天器及其集成控制方案，以提高指向精度和扰动衰减性能。改进的DFP航天器由有效载荷模块（PM）、支撑模块（SM）和测试质量（TM）组成。集成控制系统细分为三个相互连接的控制回路。主动隔振控制回路用于将PM与高频带的扰动隔离，并控制PM跟踪SM的姿态。无拖曳控制回路用于将SM与低频带的扰动隔离，并控制SM跟踪TM的姿态。姿态指向控制回路用于控制TM跟踪期望姿态。基于改进的DFP航天器和综合控制系统，PM上搭载的有效载荷可以在所有频段内隔离干扰，并能实现其高水平的指向精度和稳定性要求。
低地球轨道被动三轴姿态稳定...
本文介绍了一种阻力机动装置 (DMD)，它可以在许多任务中取代此类系统。DMD 由四根以飞镖配置展开的可伸缩带弹簧臂组成，可以主动调节主卫星的阻力面积以进行轨道机动和任务后处置，同时利用空气动力和重力梯度扭矩提供被动三轴姿态稳定性。集成在 DMD 中的磁力矩器可抑制姿态振荡，并有助于确保卫星以正确的面天底指向稳定。本研究概述了 DMD 设计，并详细介绍了用于表征 DMD 性能和设计控制和操作方法的姿态和轨道模拟结果。本文重点介绍了 DMD 的姿态稳定性特性。
纳米卫星望远镜指向的实际限制
精确而稳定的航天器指向是许多天文观测的必要条件。指向对纳米卫星尤其具有挑战性，因为即使是最小的姿态控制系统也需要不利的表面积与质量比和成比例的大体积。这项工作探索了在不受执行器精度或执行器引起的抖动等干扰限制的状态下天体物理姿态知识和控制的局限性。对原型 6U 立方体卫星上的外部干扰进行了建模，并根据可用恒星通量和可用体积内望远镜的抓取来计算极限传感知识。这些输入使用模型预测控制方案进行集成。对于 1 Hz 的简单测试案例，使用 85 毫米望远镜和一颗 11 等星，可实现的天体指向预计为 0.39 角秒。对于更一般的限制，结合可用的星光，可实现的姿态传感约为 1 毫角秒，应用控制模型后，可预测的物体指向精度为 20 毫角秒。这些结果表明，在达到天体物理和环境极限之前，姿态传感和控制系统还有很大的改进空间。
使用卷积神经网络进行在轨装配的辅助相对姿态估计
准确实时地估计航天器或空间物体的姿态是航天器在轨维修和装配任务所必需的关键能力。由于空间图像包含变化很大的照明条件、高对比度和较差的分辨率，以及功率和质量限制，因此空间物体的姿态估计比地球上的物体更具挑战性。本文利用卷积神经网络来唯一地确定感兴趣物体相对于相机的平移和旋转。使用 CNN 模型的主要思想是协助空间装配任务中使用的物体跟踪器，而仅基于特征的方法总是不够的。为装配任务设计的模拟框架用于生成用于训练修改后的 CNN 模型的数据集，然后将不同模型的结果与模型预测姿态的准确度进行比较。与许多当前用于航天器或空间物体姿态估计的方法不同，该模型不依赖于手工制作的对象特定特征，这使得该模型更加稳健，更容易应用于其他类型的航天器。结果表明，该模型的性能与当前的特征选择方法相当，因此可以与它们结合使用以提供更可靠的估计。