[發(fā)明專利]基于特征點(diǎn)跟蹤的空間非合作目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)航方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710693362.7
• 申請(qǐng)日: 2017-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107621266B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧冬晴;黃建明;陳鳳;魏祥泉;王盈;葉飚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號(hào): G01C21/20
• 分類號(hào): G01C21/20;G01C21/24
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 張倩楠;胡晶

本發(fā)明提供了一種基于特征點(diǎn)跟蹤的空間非合作目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)航方法，包括：采用雙目立體視覺(jué)相機(jī)獲取目標(biāo)特征點(diǎn)的測(cè)量信息，并基于目標(biāo)特征點(diǎn)建立用于相對(duì)導(dǎo)航的目標(biāo)體坐標(biāo)系；在獲得相對(duì)導(dǎo)航參數(shù)初值后，采用捷聯(lián)慣導(dǎo)的測(cè)量信息并結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行相對(duì)導(dǎo)航參數(shù)遞推計(jì)算；設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器并利用雙目立體視覺(jué)相機(jī)跟蹤目標(biāo)特征點(diǎn)所獲得的測(cè)量信息對(duì)遞推計(jì)算得到的相對(duì)導(dǎo)航參數(shù)的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)與修正。本發(fā)明方法取得了非合作目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)航精度高、魯棒性好、可靠性高的有益效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于特征點(diǎn)跟蹤的空間非合作目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

在空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，目前兩個(gè)空間飛行器間最終逼近的相對(duì)導(dǎo)航大多采用合作方式，即目標(biāo)飛行器上安裝有合作標(biāo)志器，跟蹤飛行器可通過(guò)觀測(cè)目標(biāo)飛行器上的合作標(biāo)志器獲得相對(duì)位姿測(cè)量信息，然后通過(guò)濾波方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)的相對(duì)導(dǎo)航。在在軌服務(wù)、在軌維修、在軌維護(hù)等需要實(shí)施空間交會(huì)對(duì)接的航天任務(wù)中，對(duì)于未安裝合作標(biāo)志器的目標(biāo)飛行器，無(wú)法采用合作相對(duì)導(dǎo)航方式進(jìn)行最終逼近，因此迫切需要有一種新的空間非合作目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)航方法。

目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是采用雙目立體視覺(jué)相機(jī)和捷聯(lián)慣導(dǎo)實(shí)現(xiàn)空間非合作目標(biāo)最終逼近過(guò)程中的相對(duì)導(dǎo)航問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于特征點(diǎn)跟蹤的空間非合作目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

S1：采用雙目立體視覺(jué)相機(jī)獲取目標(biāo)特征點(diǎn)的測(cè)量信息，并基于目標(biāo)特征點(diǎn)建立用于相對(duì)導(dǎo)航的目標(biāo)體坐標(biāo)系；

S2：在獲得相對(duì)導(dǎo)航參數(shù)初值后，采用捷聯(lián)慣導(dǎo)的測(cè)量信息并結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行相對(duì)導(dǎo)航參數(shù)遞推計(jì)算；

S3：設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器并利用雙目立體視覺(jué)相機(jī)跟蹤目標(biāo)特征點(diǎn)所獲得的測(cè)量信息對(duì)遞推計(jì)算得到的相對(duì)導(dǎo)航參數(shù)的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)與修正。

較佳地，所述步驟S1中，雙目立體視覺(jué)獲取被穩(wěn)定跟蹤的目標(biāo)特征點(diǎn)的測(cè)量信息，建立目標(biāo)體坐標(biāo)系t：在被跟蹤的若干個(gè)目標(biāo)特征點(diǎn)中，選取一個(gè)目標(biāo)特征點(diǎn)p₀作為目標(biāo)體坐標(biāo)系t的原點(diǎn)，并且定義目標(biāo)體坐標(biāo)系與目標(biāo)飛行器固連；除p₀以外的其他被跟蹤的目標(biāo)特征點(diǎn)p₁,p₂,…p_j相對(duì)于p₀點(diǎn)的位置向量，記為P₁,P₂,…,P_j，其中，j為正整數(shù)；選取目標(biāo)特征點(diǎn)p₀、p₁、p₂作為定義目標(biāo)體坐標(biāo)系t的特征點(diǎn)，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(gòu)成右手系；

則目標(biāo)特征點(diǎn)p_j相對(duì)于p₀的位置向量在跟蹤飛行器本體坐標(biāo)系b中的投影在時(shí)間區(qū)間[t_k-1,t_k]上，可由下式根據(jù)t_k-1時(shí)刻的進(jìn)行推算t_k時(shí)刻的

式中，為t_k時(shí)刻的目標(biāo)軌道系o與飛行器本體坐標(biāo)系b間的方向余弦矩陣，為t_k-1時(shí)刻的飛行器本體坐標(biāo)系b與目標(biāo)軌道系o間的方向余弦矩陣；k為正整數(shù)。

較佳地，還包括：設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器具體為設(shè)計(jì)相對(duì)導(dǎo)航卡爾曼濾波器的狀態(tài)向量X為，

式中，為相對(duì)姿態(tài)誤差，δv為相對(duì)速度誤差，δr為相對(duì)位置誤差，為加速度計(jì)測(cè)量誤差，δP_j為目標(biāo)特征點(diǎn)的位置向量的推算誤差。