在轨服务(IOS)可以延长卫星的使用寿命,而实施主动碎片清除(ADR)以有效解决空间碎片问题的必要性已在航天界广为人知。在新一代传感器和控制系统的发展的推动下,实现此类任务的技术解决方案研究正在蓬勃发展。除了私营公司、航天机构和大学之外,欧洲航天局(ESA)几十年来一直在开发该领域的技术。多年来,人们提出了多种安全捕获轨道物体的解决方案,其中大多数依赖于机器人系统。一个有前途的选择是使用配备高度灵巧的机械臂的自主航天器(追逐者),该机械臂能够与驻留的空间物体对接。这一操作在接近阶段和接触后都带来了复杂的技术挑战。在这方面,设计一个有效、可靠、稳健的制导、导航和控制 (GNC) 系统对于确保安全执行任务起着关键作用,该系统可以实现多种算法架构和硬件配置。这项工作展示了由与 ESA 签订合同的大学联盟开展的研究活动的成果,该研究旨在开发 GNC 系统的导航和控制子系统,用于控制配备冗余机械手的追赶者。研究中考虑了捕获前的最终接近阶段和捕获后的目标稳定阶段。提出的解决方案旨在实施联合控制策略。采用稳健控制方法来设计控制律,以应对追赶者的不确定、非线性动力学以及捕获后完整的追赶者-目标堆栈。选择基于视觉的解决方案,即依靠主动/被动光电传感器,进行相对导航。用于相对和绝对导航的完整传感器套件是 GNC 系统的一部分,包括用于机器人关节测量的传感器。为了正确验证提出的解决方案,已经开发了一个完整的数值模拟器。该软件工具可以全面评估系统性能,考虑所有相关的外部干扰和误差源。真实的合成图像生成器也用于相对导航性能评估。本文介绍了设计解决方案和初步数值测试的结果,考虑了三种任务场景,以证明该解决方案的灵活性及其对各种操作情况的适用性。
建筑原则。我们开发了一个模块化系统,解决了任务基础的关键挑战:(i)(ii)开放世界人类环境中使用单眼相机进行视觉导航,并具有(iii)低频,高潜伏期感应和控制。不可靠的传感器流与嘈杂的本体感受相结合,在单眼环境中具有准确的深度和比例估计,具有挑战性。要解决(i),选择了依靠语义图像提示,而不是放弃3D度量几何估计,而是专注于2D图像空间中的遍历性估计。为了概括(ii)的不同场景和外观变化,使用了大规模数据集上预测的视觉特征,并在frodobots-2k数据的精选部分上进行了微调。由于硬件限制和延迟的不可预测性,(iii)很难直接解决。该系统的重点是处理次优路径找到引起的导航故障和较差的Trajectory跟踪,这是由于通信不良引起的。这是通过使用可靠的故障检测和恢复来增加导航管道来实现的。在高水平上,系统(图1)由受到启示,控制和故障检测和恢复模块组成。感知模块估计了从RGB输入的遍历性,并且还向下一个路点发出以自我为中心的方向向量。控制模块选择与Waypoint向量对齐并生成控制命令的基因差异可行的轨迹。感知。故障检测和恢复模块是对原始RGB进行的监督监视器,并预测从感知到检测失败的遍历性,覆盖控制模块以在必要时执行启发式恢复行为。鉴于需要在开放世界的人类环境中进行操作而没有由于单眼设置而没有可靠的深度感应,因此使用了基于场景语义的视觉遍历性预测。感知模块将RGB图像作为输入,并根据输入图像输出遍历性掩码,并在[0,1]中以遍历性得分为单位。在内部,快速的遍历性估计器会产生一个初始面膜,然后通过聚类启发式方法进一步进行后处理,以识别并强烈惩罚可能的障碍。估算器使用验证的恐龙视觉特征,可以对各种环境进行强有力的概括,并允许进行样品有效的训练和填充来适应新场景。在捕获不同地形上的偏好时,要训练轮式Frodobot配置的估计器,这是一种自动从Frodobots-2K
课程大纲................................................ ...................................................... ...................................................... 2 导航和安全简介。 ...................................................... ................................................... 3 I - 导航。 .................................................. .................................................. 6 我 – 1 – 我在地球上哪里? ...................................................... ...................................................... ...................... 7 I – 2 - 导航地图。 ...................................................... ...................................................... .......... 15 I – 3 - 导航的基本原理。 ...................................................... ...................................... 20 I - 4 – 不同的导航方法。 ...................................................... ...................................... 25 I - 5 – 导航仪器。 ...................................................... ...................................................... 27 I – 6 – 无线电导航。 ...................................................... ...................................................... ................................. 28 II - 航空法规 ................................................. ................................... 31 II – 1 – 航空组织 ...... .................................................. …………
本研究探讨了使用激光通信 (lasercom) 卫星间链路获取自主导航的相对位置测量值。激光通信交联链路有可能提供卫星间距离和方位测量值,以便在各种轨道情况下准确导航卫星,包括 GNSS 拒绝、GNSS 受限和深空环境。在低地球轨道 (LEO)、地球静止轨道 (GEO)、高椭圆轨道 (HEO) 和火星轨道星座的示例应用案例中,使用数值模拟将激光通信交联方法与传统定位和导航方法进行比较。在地球轨道上使用激光通信测量会导致 LEO 上的误差为 2 米,GEO 上的误差为 10 米,HEO 上的误差为 50 米,与当前基于 GNSS 的导航误差相当。采用所提导航方法的火星轨道器群定位误差为 10 米,与目前 DSN 导航误差相当(当 DSN 操作可用时),并且优于 DSN 数据间隙期间传播的状态知识。使用卫星间激光通信系统进行轨道测定还可以减少对地面跟踪和导航系统的依赖,从而提高太空任务的自主性。
I。虽然早期空间任务不需要精确,但现代应用,例如卫星维修和维护,可重复使用的发射车,洲际弹道导弹指导和拦截以及一些卫星到卫星通信,需要精确的位置和速度信息。全球导航卫星系统(GNSS),例如美国的全球定位系统(GPS),可用于在地球表面和低地球轨道(LEO)上进行精确定位。[1]但是,当前的GNSS系统使用少量,复杂且昂贵的卫星,这些卫星无法修复或及时更换,这意味着仅禁用少数卫星可以在大面积上破坏该系统。低接收的功率和涉及的长距离也意味着GNSS容易受到信号spoo fifg和jamming的影响。[2]面对扩散的反卫星武器和电子战系统,政府和商业实体寻求一种替代的太空导航方法可能是优先事项,该方法对对手的干扰更为强大。现有的GNSS替代方法是使用基于地面的跟踪。但是,雷达和光学信号会受到大气扭曲的影响,从而降低了位置精度。使用扩展的集成时间的持久跟踪可以克服大气变形,但这不适用于指导短时间操作。地面跟踪也受到对抗性破坏的约束。此外,单个地面站的有限视图意味着在整个轨道或轨迹中进行持续跟踪需要一个大型网络,并且在有争议或偏远地区的地球区域可能无法进行跟踪。地面数据必须从电台的分布式网络汇总,并迅速传输到车辆,在此期间,它可能会受到干扰,spoofig或其他干扰。我们引入了一种更强大的空间导航方法,该方法使用对位置纤维的自主多材料,或用大地测量的语言进行基准测试。这个
根据天体(通常是太阳、月亮或特定恒星)的位置来确定自己在地球表面的位置,这种技术需要依靠晴朗的天空和高精度的天文钟。天文导航是几个世纪以来水手必备的技能,现在海军认识到不能只依赖 GPS,因此天文导航再次被教授给年轻水手。另一种关键的 GPS 无法使用的导航方法是惯性导航,它通过测量船舶或其他平台在所有三个维度上的加速度来提供其速度和位置。曾经非常庞大且昂贵,目前的固态惯性导航装置正变得越来越小、越来越便宜,使其能够用于小型水面舰艇甚至无人水下航行器 (UUV)。
随着车辆自主性的水平和接受度随着时间的推移而提高,无人驾驶飞行器将非常适合在传统地面程序控制最少的环境中运行。载人航空的基于性能的导航 (PBN) 要求和标准现已完善,结合数据链路/数据通信方面的进步,可能提供一条支持集成的近期途径。虽然某些类型的自主飞行器仍然存在尺寸、重量和功率限制,但波音公司认为,技术很快就会允许在适合城市空中交通应用的无人驾驶飞行器中加入经过认证的航空电子设备和装备。这种经过验证的导航方法的开发和演示可能是解决之前发现的许多挑战的基础。
摘要:生物学原理引起人们对服务机器人技术的关注,因为机器人操作各种任务时具有类似的概念。生物启发的感知对于机器人感知意义重大,这是受动物对环境意识的启发。本文回顾了室内环境中服务机器人的生物启发的感知和导航,这是平民机器人技术的流行应用。导航方法通过感知类型进行了分类,包括基于视觉的,遥感,触觉传感器,嗅觉,基于声音,惯性和多模式导航。最新技术的趋势正在朝着多模式导航迈进,以结合多种方法。室内导航的挑战集中在精确的本地化以及动态和复杂的环境上,并具有移动的对象和人员。