Autonomous Horizon-based Asteroid Navigation With Observability-constrained Maneuvers

要約

小惑星の探査は、動的環境の複雑さ、距離による形状、および通信の遅延により、適切な課題です。
したがって、自律的なナビゲーション方法は、現在の研究で継続的に開発され、改善されており、安全な調査を可能にします。
これらの方法では、多くの場合、Horizo​​nベースの光学ナビゲーション（OPNAV）を使用して、宇宙船の位置を決定します。これは、地平線の可視性に依存しています。
宇宙船がそのミッションを通して正確な状態推定値を維持できるように、この測定の信頼性を確保することが重要です。
このホワイトペーパーでは、宇宙船が継続的に使用可能な光学測定値を可能にして、安全なナビゲーションのためにシステムの観測可能性を維持できる軌道に従うように制御操作を生成するアルゴリズムを提示します。
このアルゴリズムは、光学測定範囲内の広範囲の距離でさまざまな軌跡と軌道の安全で堅牢な自律的ターゲティングを可能にすることにより、既存の小惑星ナビゲーション機能を改善します。
さまざまな小惑星シナリオに適応できます。
全体として、このアプローチは、小惑星のダイナミクス、合成画像生成、エッジ検出、地平線ベースのopnav、フィルタリング、観測性を向上させる制御をシミュレートするすべての包括的なシステムを開発します。

要約(オリジナル)

Asteroid exploration is a pertinent challenge due to the varying complexity of their dynamical environments, shape and communication delays due to distance. Thus, autonomous navigation methods are continually being developed and improved in current research to enable their safe exploration. These methods often involve using horizon-based Optical Navigation (OpNav) to determine the spacecraft’s location, which is reliant on the visibility of the horizon. It is critical to ensure the reliability of this measurement such that the spacecraft may maintain an accurate state estimate throughout its mission. This paper presents an algorithm that generates control maneuvers for spacecraft to follow trajectories that allow continuously usable optical measurements to maintain system observability for safe navigation. This algorithm improves upon existing asteroid navigation capabilities by allowing the safe and robust autonomous targeting of various trajectories and orbits at a wide range of distances within optical measurement range. It is adaptable to different asteroid scenarios. Overall, the approach develops an all-encompassing system that simulates the asteroid dynamics, synthetic image generation, edge detection, horizon-based OpNav, filtering and observability-enhancing control.

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