基于单目视觉的非合作目标相对位姿测量

摘要：

为实现对空间姿态翻滚航天器的在轨服务与维护以及对空间碎片的清理,需对其进行精确的相对位姿测量.针对相对位姿测量问题,提出了基于单目视觉与卡尔曼滤波的相对位姿测量方法.通过对特征点匹配算法进行调查,采用了具有尺度不变性与旋转不变性的尺度不变特征变换算法(SIFT)和加速稳健特征算法(SURF)的特征点提取方法,并对二者进行了对比,得到了二者分别适用的工况条件.通过对Kalman滤波算法进行研究,引入了相机偏置矩阵,设计了Kalman滤波器,解决了单目相机的距离模糊问题,估计得到了非合作目标的相对位姿、主惯量比以及特征点位置信息.经过仿真,姿态角度估计误差在稳定后低于0.3°,相对位置估计误差在稳定后低于0.5 m,相较于真值,误差小于1.67％,主惯量比估计误差在稳定后低于0.01,特征点位置误差在稳定后低于0.005 m.在引入相机偏置条件后,滤波状态变量均收敛,并得到具有足够精度的估计,成功解决了单目相机深度信息缺失问题.

关键词：单目视觉、非合作目标、SIFT、SURF、Kalman滤波、相对位姿估计

所属期刊栏目：42

分类号：V448.2(航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-08-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：36-44