[發明專利]基于視覺與慣性單元融合的空間剛體質心位置檢測方法

有效

• 申請號: 202010478518.1
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111640153B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張慧博;姚金銘;趙寶山;張躍;戴士杰
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G01M1/12;G06F17/11
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明為基于視覺與慣性單元融合的空間剛體質心位置檢測方法。該檢測方法在待檢測空間剛體上布置多個帶有光源的慣性單元，包括質心計算模塊，以慣性單元光源所在位置h_k為球心，慣性單元光源所在位置到空間剛體質心的距離r_k為半徑建立多個半徑測量球O_k；通過最小二乘法相關原理，利用已經建立的多個半徑測量球O_k，找出空間中一點Qⁱ距離各球面距離之和最短，并將該點坐標作為i時刻測量的質心點位置；不斷進行多時刻質心位置計算，進行多時刻質心位置融合，不斷修正質心位置，當兩時刻質心位置誤差小于5％時，視該質心位置為精確位置。方法針對空間剛體質心檢測而設計，該方法將視覺和慣性單元融合，優勢互補，提高了該方法的魯棒性。

技術領域

本發明涉及空間剛體質心測量技術領域，具體是一種用于測量空間剛體質心位置的檢測方法。

背景技術

自上世紀50年代蘇聯發射了世界第一顆人造衛星“斯帕特尼克1號”，人類已經進行了數千次的航天器發射，地球周圍各個軌道已經被數以百萬計的空間剛體所覆蓋，為了確定空間剛體的動力學數據，首先需要確定空間剛體的質心數據?？臻g剛體中除去數量較少、尺寸較大的在軌設備外，失效衛星、火箭末級以及碰撞衍生物等產生了數量龐大、尺寸不一的空間碎片，尤其是。2019年3月，印度進行了該國的第一次反衛星實驗，其利用一枚三級導彈擊中了印度軍事衛星微星-R，并在近地軌道產生了數百個大小不一的碎片，更進一步增加了空間碎片數量，這就需要一種對合作目標和非合作目標具有普適性的空間剛體質心檢測方法。

根據NASA和ESA的觀察數據，空間剛體中非合作目標多為類圓柱形、類長方體的剛體，并且由于受到例如引力梯度及光壓等各種攝動力的影響，其運動多為繞質心轉動，在對其進行捕獲時候需要首先知道其質心位置；而在軌航天器等合作目標更是依據其質心的動力學特性進行運動，同時在衛星消旋設備對空間碎片進行相應消旋沖擊時，由于消旋機械臂的伸出，改變了衛星的質心位置，因此此時需要對衛星的質心進行判定以穩定衛星的運動，因此空間剛體的質心位置的確定是一種迫在眉睫的需求。

國防科技大學航天與材料工程學院的謝堂濤等人提出了一種基于視覺特征點的空間非合作目標質心識別方法，該方法通過視覺測量、匹配空間目標上的特征點，解算出特征點的速度信息和位置信息，再帶入空間剛體速度方程中進行解算，在光照條件較好的情況下能夠達到較好的精度，但是只采用視覺方法進行測量很容易受到空間雜光的干擾，在光照條件過亮或過暗的情況下，特征點的識別極為困難，因此該方法的適應性較差。

發明內容

針對現有對空間剛體質心位置檢測技術的不足，本發明解決的技術問題是，提供一種基于視覺與慣性單元融合的空間剛體質心位置檢測方法及檢測裝備。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：

一種基于視覺與慣性單元融合的空間剛體質心位置檢測方法，其特征在于，該檢測方法在待檢測空間剛體上布置多個帶有光源的慣性單元，包括質心計算模塊，以慣性單元光源所在位置h_k為球心，慣性單元光源所在位置到空間剛體質心的距離r_k為半徑建立多個半徑測量球O_k；

通過最小二乘法相關原理，利用已經建立的多個半徑測量球O_k，找出空間中一點Qⁱ距離各球面距離之和最短，并將該點坐標作為i時刻測量的質心點位置；

不斷進行多時刻質心位置計算，進行多時刻質心位置融合，不斷修正質心位置，當兩時刻質心位置誤差小于5％時，視該質心位置為精確位置。

該方法的步驟是：

第一步、數據準備