Equivariant Filter for Relative Attitude and Target Angular Velocity Estimation

要約

2つの剛体間の相対的な態度と角速度の正確な推定は、宇宙船のランデブーやドッキングなどの航空宇宙用途での基本です。
これらのシナリオでは、チェイサー車両は、オンボードセンサーを使用してターゲットオブジェクトの方向と角速度を決定する必要があります。
この作業は、ターゲットフレームに固定された2つの既知の非共線型ベクターのノイズの多い観測を使用して、相対的な態度とターゲット角速度の両方を確実に推定できる等量フィルター（EQF）を設計するという課題に対処します。
EQFを導出するために、システムの対称性が提案され、対称グループへの等量リフトが計算されます。
観測可能性と収束特性が分析されます。
シミュレーションはフィルターのパフォーマンスを示し、モンテカルロの実行により統計的に有意な結果が得られます。
低料金の測定の影響も調べられ、この効果を緩和する戦略が提案されています。
実験結果は、測定獲得のためのファイディアマーカーと従来のカメラとイベントカメラの両方を使用して、アプローチをさらに検証し、現実的な設定での有効性を確認します。

要約(オリジナル)

Accurate estimation of the relative attitude and angular velocity between two rigid bodies is fundamental in aerospace applications such as spacecraft rendezvous and docking. In these scenarios, a chaser vehicle must determine the orientation and angular velocity of a target object using onboard sensors. This work addresses the challenge of designing an Equivariant Filter (EqF) that can reliably estimate both the relative attitude and the target angular velocity using noisy observations of two known, non-collinear vectors fixed in the target frame. To derive the EqF, a symmetry for the system is proposed and an equivariant lift onto the symmetry group is calculated. Observability and convergence properties are analyzed. Simulations demonstrate the filter’s performance, with Monte Carlo runs yielding statistically significant results. The impact of low-rate measurements is also examined and a strategy to mitigate this effect is proposed. Experimental results, using fiducial markers and both conventional and event cameras for measurement acquisition, further validate the approach, confirming its effectiveness in a realistic setting.

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