This paper presents a neural network-based Unscented Kalman Filter (UKF) to track the pose (i.e., position and orientation) of a known, noncooperative, tumbling target spacecraft in a close-proximity rendezvous scenario. The UKF estimates the relative orbital and attitude states of the target with respect to the servicer based on the pose information extracted from incoming monocular images of the target spacecraft with a Convolutional Neural Network (CNN). In order to enable reliable tracking, the process noise covariance matrix of the UKF is tuned online using adaptive state noise compensation. Specifically, the closed-form process noise model for the relative attitude dynamics is newly derived and implemented. In order to enable a comprehensive analysis of the performance and robustness of the proposed CNN-powered UKF, this paper also introduces the Satellite Hardware-In-the-loop Rendezvous Trajectories (SHIRT) dataset which comprises the labeled imagery of two representative rendezvous trajectories in low Earth orbit. For each trajectory, two sets of images are respectively created from a graphics renderer and a robotic testbed to allow testing the filter's robustness across domain gap. The proposed UKF is evaluated on both domains of the trajectories in SHIRT and is shown to have sub-decimeter-level position and degree-level orientation errors at steady-state.


翻译:本文介绍一个基于神经网络(UKF)的神经网络、不突出的卡尔曼过滤器(UKF),用于跟踪已知的、不合作的、倾覆的目标航天器在近近距离会合情景下的位置和方向,以跟踪一个已知的、不合作的、目标航天器的构成情况(即位置和方向)。UKF根据从目标航天器带动态神经网络(CNN)进入的单向图像中提取的信息,估计目标航天器相对于服务器的相对轨道状态和姿态状态。为了进行可靠的跟踪,UKF的流程噪音变化矩阵正在利用适应性国家噪音补偿进行在线调整。具体地说,相对姿态动态的封闭式进程噪声模型是新推出和实施的。为了能够全面分析拟议的CNN-NUKF动力 UKF的性能和稳健性,本文还介绍了卫星硬件-内置-loop Rendevous Trajectories(SHHIRT)数据集,其中包括在低地球轨道上两个具有代表性的会合轨轨误的标签图像。每轨迹,两套图像分别由图形显示的基域定位定位定位定位定位显示,在英国磁基域定位上显示到磁场的磁场水平测试试验试验试验场上显示。

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