Ein Systemansatz zur bildbasierten Navigation und Geometrierekonstruktion für Raumfahrt-Rendezvousmanöver

Zukünftige Raumfahrtprogramme setzen vermehrt auf das sogenannte On-Orbit Servicing: ein im Erdorbit befindlicher Satellit wird in einem Rendezvous- und Dockingmanöver eingefangen und dann gewartet, repariert, aufgetankt oder neu positioniert. Trotz ungünstigen Beleuchtungsbedingungen und eingeschränkten Möglichkeiten für Beobachtungstrajektorien sind während der Annäherung genaue Angaben über Position, Lage, Geschwindigkeit und Form des Zieles notwendig, um eine Kollision mit diesem zu verhindern. Im Kontext eines autonomen Manövers kann der Zielsatellit allerdings nicht als a priori bekannt vorausgesetzt werden. In dieser Arbeit wird ein Systemkonzept für die kamerabasierte Rendezvous-Navigation mit einem unbekannten, unkooperativen Zielobjekt entwickelt. Geeignete Algorithmen für Bildauswertung, Zustandsschätzung und Geometrierekonstruktion werden systematisch durch Informationsrückführungen erweitert und durch eine metrikbasierte Modellierung abgebildet, um eine quantitative Bewertung unterschiedlicher Konzeptvarianten zu ermöglichen. Eine Verifikation der entwickelten Algorithmen erfolgt in verschiedenen Experimenten mit synthetischen und realen Bilddaten.