基于視覺和激光的空間非合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、空間非合作航天器間相對(duì)導(dǎo)航技術(shù)是在軌服務(wù)領(lǐng)域亟待解決的重要課題。其中，非合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量是實(shí)現(xiàn)相對(duì)導(dǎo)航的關(guān)鍵。本文研究了基于視覺和激光的空間非合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量技術(shù)。
　　首先，由于現(xiàn)有的視覺-激光聯(lián)合標(biāo)定方法存在著標(biāo)定過程繁瑣、需要特制標(biāo)定板以及計(jì)算復(fù)雜等問題，本文提出了一種基于場(chǎng)景普通物體的雙目相機(jī)-三維激光掃描儀聯(lián)合標(biāo)定新方法。即先對(duì)物體進(jìn)行激光掃描和圖像采集，并手動(dòng)提取多個(gè)特征點(diǎn)，再利用特征點(diǎn)匹配的方法標(biāo)定出兩傳感器

2、之間的外部參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法與基于棋盤格的方法相比標(biāo)定精度提高了83％，且簡(jiǎn)化了標(biāo)定過程，標(biāo)定時(shí)間約為其20％。
　　其次，為獲取非合作航天器間相對(duì)位姿信息，本文研究了基于立體視覺的非合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量方法。該方法不需要在目標(biāo)航天器上安裝用于輔助測(cè)量的角反射器或發(fā)光標(biāo)志，也無需預(yù)知目標(biāo)的幾何尺寸，而是直接以航天器自身包含的矩形特征作為識(shí)別對(duì)象，通過提取矩形特征的四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)獲得四組位姿測(cè)量結(jié)果，并將四組結(jié)

3、果的平均值作為其相對(duì)于追蹤航天器的位姿。計(jì)算機(jī)仿真與半物理仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法在近距離處的姿態(tài)角誤差保持在1.5°以內(nèi)，比現(xiàn)有方法的平均精度提高了15%。
　　最后，針對(duì)視覺技術(shù)容易受到光照條件、特征提取不全以及低對(duì)比度等因素的影響，本文提出了基于視覺與激光融合的空間非合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量新方案，即有光照時(shí)采用基于視覺和激光融合的相對(duì)位姿測(cè)量算法；無光照時(shí)采用基于激光掃描的相對(duì)位姿測(cè)量算法。同時(shí)，本文研究了傳感器的選擇、系統(tǒng)