拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法，该方法包括：对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，并基于视场扫描结果确定空间目标的方位和距离；根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。本发明专利技术进行多角度成像对空间目标进行全形貌三维重建，精确度高；通过拖曳结构可以避免与空间目标发生误撞，提高测量的安全性。

【技术实现步骤摘要】
拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法
本专利技术涉及空间目标探测
，尤其涉及一种基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法。
技术介绍
空间目标的三维形貌结构，特别是目标上相应载荷的形貌结构，可以有效地反应该空间目标的性能特点以及工作状态。例如，由太阳帆板的尺寸可以反演得到功率，由天线结构的尺寸可以反演得到雷达性能，由助推器的形状和大小可以反演得到机动性能，由相机结构的尺寸可以反演得到成像性能，由温度和电磁特性可以反演得到工作状态等。现有的天基空间目标立体测量方法基于摄像测量的基本原理，至少需要从两个不同的角度对目标成像，采用立体视觉三维重建的方法获得空间目标的立体形貌信息。目前，主要包括基于多角度观测的方法和基于探测头释放的方法。基于多角度观测方法又可分为单一平台多相机观测和单一平台单相机观测两类，其中单一平台多相机观测方法利用测量平台上多个相机同时观测空间目标，获得多角度观测图像，但由于航天器尺寸有限，测量平台相对于目标的距离较远，在航天器上安装的多个相机对空间目标成像时角度变化其实很小(测量基线太小)，难以实现对目标的立体测量；单一平台单相机观测方法通过平台与待测目标之间的相对运动获得不同角度的图像，但由于是不同时刻的观测图像，观测过程中空间目标姿态、位置的变化会严重影响测量结果。基于探测头释放的方法是将用于成像的探测头释放出去，使探测头靠近待测空间目标，对待测的空间目标进行成像并将图像通过无线信号回传，从而实现对空间目标的立体测量，但面临对探测头的精确控制、释放回收等难题，且存在与空间目标或其他空间物体发生碰撞的危险。上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为解决上述问题，本专利技术提供一种基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法，解决现有技术中针对空间目标进行立体测量时精度低、高安全性差的问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术一实施例提供一种拖曳式立体测量单元，包括：相机组，包括至少两个相机，用于从至少两个不同的角度采集空间目标的图像；连接杆，用于支撑和连接相机组中的至少两个相机，使至少两个相机之间保持预设距离；拖拽结构，用于将连接杆与测量平台连接，并将采集的图像传输到测量平台。在本专利技术的一个实施例中，所述连接杆为收缩或折叠形式，具有收起状态和打开状态；在打开状态下，所述连接杆上的至少两个相机从不同角度朝向空间目标。在本专利技术的一个实施例中，所述拖拽结构采用可控柔性结构或可展开刚性结构。本专利技术另一实施例还提供一种拖曳式立体测量系统，包括：以上所述的拖曳式立体测量单元；以及测量平台，与拖曳式立体测量单元的拖曳结构连接，用于根据回传的图像进行计算，得到空间目标的立体信息精确值。本专利技术再一实施例还提供一种基于以上所述的拖曳式立体测量单元的空间目标测量方法，包括：S1、对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；S2、利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，确定空间目标的方位和距离；S3、根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；S4、根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；S5、根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。在本专利技术的一个实施例中，当所述相机中包括两个相机时，两个相机中一个为主相机，另一个为副相机，所述步骤S1包括：在地面对相机组中的两个相机进行标定时，以主相机坐标系为相机组坐标系；在相机坐标系下对两个相机的相机内参数、相机组相对于基准系的外参数和副相机相对于主相机的外参数进行标定。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S2包括：S21、利用空间目标探测系统中的相机进行视场扫描，得到视场扫描结果；S22、根据实时检测的视场扫描结果判断本次扫描是否发现目标，如果未发现目标则继续进行扫描，如果发现目标则继续步骤S23；S23、根据视场扫描结果中目标位置确定角度偏差；S24、根据角度偏差结合相机固有参数调整空间目标探测系统中相机角度进行成像，使目标位于相机的图像中心，继续锁定空间目标进行图像采集；S25、利用激光测距装置对空间目标相对距离进行测量；S26、根据空间目标探测系统中相机和激光测距装置的测量结果计算空间目标的方位和距离。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S3包括：S31、根据连续测量的空间目标的方位和距离计算空间目标的预估运动轨迹；S32、根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放角度，使得拖曳式立体测量单元释放后贴近空间目标飞行；S33、按照释放角度对拖曳式立体测量单元进行释放，拖曳式立体测量单元的连接杆由收起状态开始打开，使得连接杆上的至少两个相机从不同角度对空间目标进行成像。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S4包括：S41、根据相机组获取的图像数据计算得到空间目标相对于相机组的位姿参数；S42、根据步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数与步骤S41中空间目标相对于相机组的位姿参数，通过双目交会测量空间目标各特征点在相机组坐标系中的坐标，求解空间目标的位姿参数和结构参数的初值，其中所述结构参数为空间目标上各特征点在目标体坐标系中的坐标；步骤S42包括：步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数包括：主相机的外参数和副相机相对于主相机的外参数均包括平移向量、姿态角和旋转矩阵；空间目标各特征点为Pi(i＝0,1,…,n-1)，各特征点Pi在相机组坐标系中的坐标为PC,i(XC,i,YC,i,ZC,i)，i＝0,1,…,n-1，各特征点Pi在相机组坐标系中的坐标为PG,i(XG,i,YG,i,ZG,i)，PC,i(XC,i,YC,i,ZC,i)与PG,i(XG,i,YG,i,ZG,i)之间的坐标变换关系由目标相对于相机的平移向量TGC和旋转矩阵RGC表示为：i＝i0,i1,i2其中平移向量为旋转矩阵简化后结果；根据互为逆变换的旋转矩阵和平移向量间的关系式，将各特征点在相机组坐标系下的坐标PC变换到目标体系下的坐标PG的旋转矩阵和平移向量为：各特征点在相机组坐标系下的坐标PC变换到目标体系下坐标PG为：PG＝RCGPC+TCG。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S32还包括：根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放时机。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S33还包括：连接杆打开时结合释放角度、释放时机以及拖曳式立体测量单元到空间目标的距离确定连接杆的打开角度，使得成像期间相机组中的相机始终正对空间目标。(三)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拖曳式立体测量单元，其特征在于，包括：/n相机组，包括至少两个相机，用于从至少两个不同的角度采集空间目标的图像；/n连接杆，用于支撑和连接相机组中的至少两个相机，使至少两个相机之间保持预设距离；/n拖拽结构，用于将连接杆与测量平台连接，并将采集的图像传输到测量平台。/n

【技术特征摘要】
1.一种拖曳式立体测量单元，其特征在于，包括：
相机组，包括至少两个相机，用于从至少两个不同的角度采集空间目标的图像；
连接杆，用于支撑和连接相机组中的至少两个相机，使至少两个相机之间保持预设距离；
拖拽结构，用于将连接杆与测量平台连接，并将采集的图像传输到测量平台。


2.如权利要求1所述的拖曳式立体测量单元，其特征在于，所述连接杆为收缩或折叠形式，具有收起状态和打开状态；在打开状态下，所述连接杆上的至少两个相机从不同角度朝向空间目标。


3.如权利要求1所述的拖曳式立体测量单元，其特征在于，所述拖拽结构采用可控柔性结构或可展开刚性结构。


4.一种拖曳式立体测量系统，其特征在于，包括：
权利要求1-3中任一项所述的拖曳式立体测量单元；以及
测量平台，与拖曳式立体测量单元的拖曳结构连接，用于根据回传的图像进行计算，得到空间目标的立体信息精确值。


5.一种基于权利要求1-3中任一项所述的拖曳式立体测量单元的空间目标测量方法，其特征在于，包括：
S1、对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；
S2、利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，确定空间目标的方位和距离；
S3、根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；
S4、根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；
S5、根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。


6.如权利要求5所述的空间目标测量方法，其特征在于，当所述相机中包括两个相机时，两个相机中一个为主相机，另一个为副相机，所述步骤S1包括：
在地面对相机组中的两个相机进行标定时，以主相机坐标系为相机组坐标系；
在相机坐标系下对两个相机的相机内参数、相机组相对于基准系的外参数和副相机相对于主相机的外参数进行标定。


7.如权利要求5所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21、利用空间目标探测系统中的相机进行视场扫描，得到视场扫描结果；
S22、根据实时检测的视场扫描结果判断本次扫描是否发现目标，如果未发现目标则继续进行扫描，如果发现目标则继续步骤S23；
S23、根据视场扫描结果中目标位置确定角度偏差；
S24、根据角度偏差结合相机固有参数调整空间目标探测系统中相机角度进行成像，使目标位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鲲鹏，吴文堂，张新，安源，冯国瑜，余汉晨，李泠，薛莉，王东亚，虞捷，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11