[發明專利]小天體柔性附著多節點相對位姿估計方法

在審

• 申請號: 202110757010.X
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113483748A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 崔平遠;修文博;朱圣英;龍嘉騰;梁子璇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/02;G01C21/20;G06F17/16;G06F30/20
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開小天體柔性附著多節點相對位姿估計方法，屬于深空探測技術領域。本發明實現方法為：建立小天體柔性附著多節點相對位姿估計的特征曲線光學導航觀測模型；在同幀下，利用包含信息多的特征曲線構建節點間相對位姿方程，通過解算所述節點間相對位姿方程得到更準確的單應矩陣；歸一化單應矩陣，并對歸一化后的單應矩陣進行奇異值分解，通過先驗信息篩選得到節點間相對位姿，即利用包含信息多的特征曲線提高小天體柔性附著多節點間相對位姿估計精度，為后續精確控制柔性著陸器姿態提供支撐。此外，本發明通過引入同幀曲線特征信息，對幀間信息進行補充，能夠為后續修正幀間信息提供支撐。

技術領域

本發明涉及一種多節點相對位姿估計方法，尤其涉及小天體柔性附著多節點相對位姿估計方法，屬于深空探測技術領域。

背景技術

近年來，小天體探測逐漸成為深空探測重點領域。目前人類已經開展了23次的小天體探測任務，小天體探測活動對人類了解宇宙和太陽系起源等具有重要的科學意義。小天體附著是開展小天體表面原位探測、采樣返回的重要前提。然而，小天體引力場弱，傳統剛性附著容易發生傾覆、反彈甚至逃逸，嚴重威脅著陸安全，進而導致任務失敗。

為此，在小天體附著任務中，采用柔性附著方式可有效抑制末端殘余速度所導致的著陸器發生傾覆、反彈的可能。然而，柔性著陸器尺度大、剛度低，在附著過程中具有一定形變，給柔性著陸器位姿估計帶來困難。柔性著陸器的敏感器配置在柔性體局部剛性節點處，通過節點間相對位置信息可以表征柔性體在下降過程中的姿態。然而，柔性著陸器形變導致節點間相對位姿變化，需要對節點間相對位姿進行估計，從而獲得節點間相對位置以近似表征著陸器整體姿態。所以，研究節點間相對位置為后續精確控制柔性著陸器整體姿態具有重要意義。

發明內容

本發明公開小天體柔性附著多節點相對位姿估計方法要解決的問題是：在柔性附著過程中，由于柔性著陸器形變導致的各節點相對位姿變化，通過各節點攜帶的光學相機獲取圖像，根據特征在不同圖像中相對幾何關系，對節點間相對位姿進行估計，將曲線特征作為觀測量，提高節點間相對位姿估計精度，為后續精確控制柔性著陸器姿態提供支撐。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開小天體柔性附著多節點相對位姿估計方法，建立小天體柔性附著多節點相對位姿估計的特征曲線光學導航觀測模型；在同幀下，利用包含信息多的特征曲線構建節點間相對位姿方程，通過解算所述節點間相對位姿方程得到更準確的單應矩陣；歸一化單應矩陣，并對歸一化后的單應矩陣進行奇異值分解，通過先驗信息篩選得到節點間相對位姿，即利用包含信息多的特征曲線提高小天體柔性附著多節點間相對位姿估計精度。此外，本發明通過引入同幀曲線特征信息，對幀間信息進行補充，能夠為后續修正幀間信息提供支撐。

本發明公開的小天體柔性附著多節點相對位姿估計方法，包括如下步驟：

步驟一：建立小天體柔性附著多節點相對位姿估計的特征曲線光學導航觀測模型。

由于小天體表面具有能產生曲線特征的地貌特征，通過圖像處理后獲得特征點及曲線信息。所述能產生曲線特征的地貌特征包括隕石坑、巖石地貌特征。

特征點是最常見的觀測特征，包括SIFT點、角點、隕石坑中心點三類。導航相機模型采用小孔成像模型，小天體表面上任一特征點p在i個相機中測量量為

式中，u_i,v_i表示在第i個相機圖像坐標，^Cx_i,^Cy_i,^Cz_i表示在第i個相機坐標系下特征點P的三軸分量。

其中，C_i(q)表示著陸坐標系分別到第i個相機坐標系的轉換矩陣。^Lp表示著陸點p在著陸點坐標系的位置矢量。