非合作航天器雙目視覺位姿估計算法研究.pdf

1、非合作目標的識別測量在航天、軍事、智能交通、醫(yī)療、多媒體等領域有著廣泛的應用。其中在航天領域，非合作目標的測量技術(shù)是實現(xiàn)在軌衛(wèi)星維修、衛(wèi)星元器件升級、建立永久空間站、捕獲敵方衛(wèi)星等航天活動的技術(shù)基礎。非合作目標測量技術(shù)的實現(xiàn)將成為人類航天探索的一把利器。以CCD相機等圖像傳感器為測量元件的測量系統(tǒng)，因其造價低廉、應用方便，受到各國研究人員越來越多的重視，成為近年來空間交會對接任務測量方法中研究的熱點問題。
　　本文設計的視覺測量方

2、法是以某“863”相關項目為研究背景，目的是為了在氣浮仿真平臺上，實現(xiàn)三、五自由度衛(wèi)星的交會對接任務。在總結(jié)非合作目標交會對接視覺測量領域研究現(xiàn)狀的基礎上，設計了基于模型的雙目視覺測量算法。該測量算法相對于其他的以檢驗非合作目標特征點為算法主要架構(gòu)的方法，有效地克服了由于事先預定的特征點丟失或特征點檢驗不準確而導致算法失效的缺點。所設計的視覺測量算法由粗算和精算兩大模塊構(gòu)成。所設計的算法優(yōu)勢就是不受限于對目標航天器的物理結(jié)構(gòu)。在粗算模塊

3、中實現(xiàn)對非合作目標的識別及位姿信息的粗糙解算。由于雙目測量系統(tǒng)運算量巨大，為了減輕測量系統(tǒng)運算處理單元的負擔，粗算模塊中采用了已經(jīng)用并行編程算法優(yōu)化好了的由開源軟件OpenCV提供的立體視覺函數(shù)接口。通過立體視覺函數(shù)接口，我們可以獲得非合作目標在CCD相機參考坐標系下的坐標。再利用絕對定姿方法，便可方便的獲得非合作目標相對于相機參考系的位姿信息。為了增強絕對定姿方法對物點和像點之間粗大匹配誤差的魯棒性，引入隨機化RANSAC算法，來剔除

4、匹配中的粗大誤差。仿真實驗表明，引入的RANSAC的絕對定姿方法可以有效地去除匹配中的粗大誤差，顯著提高了絕對定姿方法的魯棒性。由于在實際的非合作目標體識別過程中不可避免的要引入計算誤差。針對計算誤差的存在，設計了位姿解算精算模塊。精算模塊的啟動需要粗算模塊提供位姿解算的初步結(jié)果。精算模塊的主要思路就是選取非合作目標體3D模型上的部分坐標，按照位姿解算的初步結(jié)果投影到成像平面，計算投影成像與實際的非合作目標成像之間距離。使距離最小，從而