[發明專利]姿態參數修正的航天器單目視覺測距方法有效

申請號：	202011440228.4	申請日：	2020-12-07
公開（公告）號：	CN112577463B	公開（公告）日：	2022-08-02
發明（設計）人：	王鼎蔚;方東;邊寶剛;張姣;王大力;李園敏;張瑛;李智;沈思	申請（專利權）人：	中國西安衛星測控中心
主分類號：	G01C3/10	分類號：	G01C3/10
代理公司：	西北工業大學專利中心 61204	代理人：	顧潮琪
地址：	710043 ***	國省代碼：	陜西;61
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	姿態參數修正航天器目視測距方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

本發明提供了一種姿態參數修正的航天器單目視覺測距方法，對目標航天器圖像中帆板的邊界進行提取，得到兩側帆板整體的長邊投影向量和短邊投影向量；計算長邊投影向量和短邊投影向量的夾角余弦和長度比；利用航天器帆板的投影變換關系以及帆板坐標系和相機坐標系之間的轉換矩陣，建立航天器帆板姿態參數解算模型，解算航天器帆板姿態參數值；利用解算的帆板姿態參數和帆板整體長邊的投影長度計算實際長度，然后依據相似投影關系計算航天器與相機的相對距離。本發明操作簡便，獨立性強，只需要目標航天器的圖像，不需要其他測量結果，測距精度較高。

技術領域

本發明屬于飛行器導航與制導領域，涉及一種利用光學相機對航天器進行距離測量的方法。

背景技術

航天器相對距離的測量是航天器進行機動抵近、編隊飛行、交會對接等多種任務的關鍵技術。目前航天器相對距離的測量主要通過兩種方式。一種方式是間接測量，即利用GPS/GLONASS/北斗或地面測控站對航天器分別進行跟蹤定位，獲取位置信息，然后計算航天器間相對距離。這種方法所需時間長，測量精度低，而且依賴于地面測控系統的支持。第二種方式是直接測量，即利用航天器搭載的儀器直接測量與其他航天器的相對距離。該方法測量速度快，且不依賴于地面設備進行自主測量，更適合應用于太空環境。

直接測量方法包括單目視覺測距、雙目視覺測距、激光測距等。單目視覺測距是利用一個相機的單張圖像來獲取目標距離，相比雙目視覺測距和激光測距，具有結構簡單、標定方便、可靠性高等優點。當前的單目視覺測距方法僅適用于目標相對相機的姿態固定不變的情況，在太空中航天器可能以任何姿態出現在相機視場中，現有的方法在大部分情況下不能滿足航天器單目視覺測距的要求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種姿態參數修正的航天器單目視覺測距方法，利用航天器帆板的投影變換關系，建立基于特征量的合作航天器帆板姿態參數解算模型，將解算的帆板姿態參數用于航天器單目視覺測距中，提高了單目視覺測距的測量精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

1)對目標航天器圖像中帆板的邊界進行提取，得到兩側帆板整體的長邊投影向量和短邊投影向量；

2)計算長邊投影向量和短邊投影向量的夾角余弦cosα和長度比λ；

3)利用航天器帆板的投影變換關系以及帆板坐標系和相機坐標系之間的轉換矩陣，建立航天器帆板姿態參數解算模型，解算航天器帆板姿態參數|cosθ_x|的值；

4)利用解算的帆板姿態參數|cosθ_x|和帆板整體長邊的投影長度l₂'計算實際長度l₂，然后依據相似投影關系，計算航天器與相機的相對距離D。

所述的步驟2)中長邊投影向量OA_C和短邊投影向量OB_C的夾角余弦長度比

所述的步驟3)建立帆板坐標系和相機坐標系，相機坐標系以θ_z-θ_x-θ_y的歐拉角順序旋轉到帆板坐標系，定義繞X、Y、Z軸的旋轉矩陣根據解算航天器帆板姿態參數|cosθ_x|的值。