Robust relative navigation for small satellites using line-of-sight measurements
Küçük uydular için görüş hattı ölçümleri kullanılarak gürbüz bağıl navigasyon
- Tez No: 1001336
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALİL ERSİN SÖKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bağıl seyrüsefer, küçük uyduların formasyon uçuşu, randevu ve kenetlenme görevleri için kritik öneme sahiptir. Sınırlı algılama imkânları ve ideal olmayan ölçümler altında güvenilir durum kestiriminin sağlanması gerekir. Bu tezde, kamera destekli bağıl seyrüsefer için görüş hattı birim vektör ölçümlerini kullanan gürbüz çarpımsal genişletilmiş Kalman filtreleme yaklaşımı incelenmektedir. İki uzay aracı senaryosunda, bağıl dinamik modeli LOS gözlemleriyle birleştirilerek bağıl konum, hız ve yönelim ile birlikte jiroskop biasları kestirilmektedir. Takipçi araç üzerinde tek kameralı bir kamera taşımaktadır. Hedef araç ise LOS tabanlı ölçüm oluşturulmasına imkân veren aktif ışık kaynakları ile donatılmıştır. Kuaterniyon (dördey) tutarlılığını korumak ve sayısal kararlılığı artırmak için çarpımsal yönelim hata gösterimi kullanılmaktadır. Hatalı LOS gözlemlerinin, özellikle yönsel (açısal) ölçüm bozulmalarının, etkisini azaltmak amacıyla ölçüm ağırlıklarını yenilik tutarlılığına göre uyarlayan gürbüzlük mekanizmaları filtre güncellemesine dâhil edilmiştir ve iki farklı yaklaşım ele alınmıştır: tek bir küresel ölçek katsayısı ve beacon düzeyinde uygulanan çoklu ölçek katsayıları. Benzetim çalışmaları, nominal ve yanlı ölçüm senaryoları altında gürbüz filtrelemenin kestirim doğruluğunu ve tutarlılığını artırdığını; ölçüm bozulmaları beaconların yalnızca bir kısmını etkilediğinde çoklu-ölçek yaklaşımının daha belirgin fayda sağladığını, tüm beaconlar ortak bir bozulmaya maruz kaldığında ise tek-ölçek yaklaşımının rekabetçi olduğunu göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, küçük uydular için hatalara karşı dayanımlı yakın mesafe operasyonlarını desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
Relative navigation is essential for small-satellite formation flying, rendezvous, and docking. Reliable state estimation must be achieved with limited sensing and nonideal measurements. This thesis investigates robust multiplicative extended Kalman filtering for camera-aided relative navigation using line-of-sight (LOS) unit-vector measurements. A relative dynamics model is fused with LOS observations to estimate relative position, velocity, and attitude, along with gyroscope biases, in a two-spacecraft scenario. The deputy (chaser) carries an onboard monocular camera, and the chief (target) is equipped with active light sources (beacons) that enable LOS-based measurement construction. A multiplicative attitude error representation is used to preserve quaternion consistency and improve numerical stability. Robustness is incorporated to mitigate the effects of faulty LOS observations through adaptive measurement downweighting, and two robustness mechanisms are considered: a single global scale factor and multiple scale factors applied at the beacon level. Simulation studies under nominal and biased-measurement scenarios demonstrate that robust filtering improves estimation accuracy and consistency under directional measurement faults, with the multi-scale formulation providing the greatest benefit when only a subset of beacons is corrupted, while the single-scale formulation is competitive under common-mode corruption. These results support robust close-proximity operations for small satellites.
Benzer Tezler
- GNSS sistemleri için küçük boyutlu yama anteni ve kompakt anten dizisi tasarımı
Design of a compact patch antenna and antenna array for GNSS systems
MUHAMMED YUSUF ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- UAV operations in GPS-denied environments
GPS'in kullanılamadığı ortamlarda İHA operasyonları
HATİCE DİDEM ÜZGÜN
Doktora
İngilizce
2026
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE KOYUNCU
- Augmenting visual-inertial odometry with wheel encoder constraints for robust state estimation in ground vehicles
Kara araçlarında gürbüz durum kestirimi için görsel-ataletsel odometrinin tekerlek enkoderi kısıtları ile zenginleştirilmesi
ÖMER ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiRobotik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
DOÇ. DR. EROL ŞAHİN
- Integration of inertial measurement unit and camera for a vertical landing aircraft on a pattern
Ataletsel navigasyon sistemi ve kamera verilerinin tümleştirilmesi bir desen üstüne dikey iniş yapan uçak için
ANDREW BUSINGYE
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Uçak MühendisliğiTürk Hava Kurumu ÜniversitesiMakine ve Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. HABİB KANBEROĞLU