[發明專利]基于特征點跟蹤的空間非合作目標相對導航方法

有效

• 申請號: 201710693362.7
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107621266B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 顧冬晴;黃建明;陳鳳;魏祥泉;王盈;葉飚
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 張倩楠;胡晶

1.一種基于特征點跟蹤的空間非合作目標相對導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：采用雙目立體視覺相機獲取目標特征點的測量信息，并基于目標特征點建立用于相對導航的目標體坐標系；

S2：在獲得相對導航參數初值后，采用捷聯慣導的測量信息并結合動力學模型進行相對導航參數遞推計算；

S3：設計卡爾曼濾波器并利用雙目立體視覺相機跟蹤目標特征點所獲得的測量信息對遞推計算得到的相對導航參數的誤差進行實時估計與修正；

所述步驟S1中，雙目立體視覺獲取被穩定跟蹤的目標特征點的測量信息，建立目標體坐標系t：在被跟蹤的若干個目標特征點中，選取一個目標特征點p₀作為目標體坐標系t的原點，并且定義目標體坐標系與目標飛行器固連；除p₀以外的其他被跟蹤的目標特征點p₁,p₂,…p_j相對于p₀點的位置向量，記為P₁,P₂,…,P_j，其中，j為正整數；選取目標特征點p₀、p₁、p₂作為定義目標體坐標系t的特征點，t的x軸為沿著P₁的方向，t的z軸為沿著P₁×P₂的方向，t的y軸與x軸、z軸構成右手系；

則目標特征點p_j相對于p₀的位置向量在跟蹤飛行器本體坐標系b中的投影在時間區間[t_k-1,t_k]上，可由下式根據t_k-1時刻的進行推算t_k時刻的

式中，為t_k時刻的目標軌道系o與飛行器本體坐標系b間的方向余弦矩陣，為t_k-1時刻的飛行器本體坐標系b與目標軌道系o間的方向余弦矩陣；k為正整數；

還包括：

利用雙目立體視覺相機跟蹤目標特征點p₀以及p_j，j＝1，2，3，…，N，p₀及p_j的測量信息對應的相對位置向量在b系中的投影分別為及則分別得到目標特征點p₀的量測向量Z₀以及目標特征點p_j的量測向量Z_j：

式中，為捷聯慣導計算得到的相對位置向量r^o，為計算得到的目標特征點p₀相對于p_j的位置向量；

則設計卡爾曼濾波器時，根據目標體坐標系t，構造如下目標體坐標系t的量測向量Z_t：

式中，為基于捷聯慣導計算得到的相對姿態矩陣，且有，

式中，和為經過誤差修正的目標飛行器上特征點p₁、p₂相對于p₀點的位置向量在b系中的投影；和分別為由特征點p₁、p₂確定的目標體坐標系t三個坐標軸向量在b系中的投影；和分別為由特征點p₁、p₂確定的目標體坐標系t三個坐標軸向量在t系中的投影。

2.根據權利要求1所述的基于特征點跟蹤的空間非合作目標相對導航方法，其特征在于，還包括：設計卡爾曼濾波器具體為設計相對導航卡爾曼濾波器的狀態向量X為，

式中，為相對姿態誤差，δv為相對速度誤差，δr為相對位置誤差，▽為加速度計測量誤差，δP_j為目標特征點的位置向量的推算誤差。

3.根據權利要求1所述的基于特征點跟蹤的空間非合作目標相對導航方法，其特征在于，所述步驟S3還包括：同時對捷聯慣導的加速度誤差和目標特征點位置矢量誤差進行實時估計與修正以提高其精度。