[發明專利]一種多航天器協同識別目標姿態參數的方法

有效

• 申請號: 202010158459.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111377065B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 孫沖;趙迪;袁源;張震
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

本發明公開了一種多航天器協同識別目標姿態參數的方法，包括以下步驟：采用多個航天器協同構成編隊，多個航天器的相機同時觀測目標運動，并對目標進行三維重構，基于兩個相鄰時間幀之間的特征點和點云信息，解算出空間目標的姿態參數，最后采用視覺信息融合濾波技術提取目標姿態參數和翻滾角速度的運動參數。本發明通過單一視點的雙目或多目相機，對目標三維點云信息進行有效的觀測，通過伴飛航天器頻繁的進行姿態調整和軌道機動。實現對非合作目標的有效觀測。

技術領域

本發明涉及航天器在軌操控領域，具體涉及一種多航天器協同識別目標姿態參數的方法。

背景技術

近年來，隨著航天技術的發展，入軌航天器的數量越來越多，而由于航天器燃料耗盡、空間航天器碰撞、在軌航天器故障等原因，航天器碎片、故障衛星等空間非合作目標的數量呈指數級速度增長，這給空間在軌航天器安全帶來了重大的隱患，因此清理這些空間非合作目標是保障空間航天器在軌安全的關鍵。空間非合作目標具有運動參數不確定性、形狀多樣、無固定抓捕點等特點，清理這些空間非合作目標需要對其進行參數辨識。

發明內容

本發明針對不具備任何先驗信息的翻滾空間非合作目標參數辨識問題，提出一種多航天器協同識別目標姿態參數的方法。本發明通過單一視點的雙目或多目相機，對目標三維點云信息進行有效的觀測，通過伴飛航天器頻繁的進行姿態調整和軌道機動。實現對非合作目標的有效觀測。

為了實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

一種多航天器協同識別目標姿態參數的方法，包括以下步驟：

采用多個航天器協同構成編隊，多個航天器的相機同時觀測目標運動，并對目標進行三維重構，基于兩個相鄰時間幀之間的特征點和點云信息，解算出空間目標的姿態參數，最后采用視覺信息融合濾波技術提取目標姿態參數和翻滾角速度的運動參數。

作為本發明的進一步改進，采用三個航天器協同構成編隊，三個航天器的相機同時觀測目標運動。

作為本發明的進一步改進，所述多個航天器協同構成編隊的步驟具體包括：

針對空間非合作目標，劃定可能的活動空間；采用多顆航天器組成編隊對目標進行伴飛和協同觀測；

在不依賴姿軌調整的前提下，解算各航天器姿軌運動狀態，以及相應的可觀測視場變化；

檢索并判定各觀測航天器的觀測視場同目標可能活動空間的交集，當交集區域達到觀測閾值時，則激活相應的航天器，對目標實施觀測；

整合時序變化的觀測相機序列和獲取的目標圖像信息，構建關于目標的圖像序列數據。

作為本發明的進一步改進，針對協同觀測獲取的關于目標的圖像序列數據，整個協同觀測流程分為兩個部分：

第一部分：各時間幀上基于多視點圖像的目標三維重建；

第二部分：基于時間幀間三維重建的數據的姿態變量提取。

作為本發明的進一步改進，各時間幀上基于多視點圖像的目標三維重建具體步驟為：

S1：對同一時間幀的圖像組，檢測每個圖像中的特征點，并對其進行匹配；

S2：基于匹配的特征點，結合各視圖已知的相對姿態信息，恢復特征點的深度信息和三維坐標信息；

S3：對前后兩個時間幀的圖像對組合，基于已檢測到的特征點進行匹配；

S4：基于前后兩個時間幀的圖像對，可匹配的特征點對應的空間坐標變化結算目標的姿態變化矩陣。