一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法技术

本发明专利技术一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，包括如下步骤，步骤1选取多颗卫星构成观测卫星编队，各观测卫星围绕空间非合作目标相对运动，各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，获取相应的图像信息集合；步骤2对各个观测卫星获取的图像信息分别进行特征提取，并在时序图像序列中进行持续跟踪；步骤3在时序图像序列的持续跟踪中，当观测卫星所跟踪的特征点出现遮蔽现象时，所观测到遮蔽现象的观测点将遮蔽的特征点传递给能够完全观测到该特征点的另一个观测卫星中，并通过所传递的观测卫星在获取的图像中对特征点继续跟踪；步骤4整合特征跟踪路径，得到连续跟踪过程中的目标特征点的运动轨迹。特征点的运动轨迹。特征点的运动轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法


[0001]本专利技术涉及空间非合作目标姿态确定领域，具体为一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法。

技术介绍

[0002]对航天器间相对运动状态的估计在空间操作领域一直受到人们的高度和持续关注。其中，伴随着空间探索的不断深入和空间任务的不断升级，对于非合作目标的信息测量和参数估计必将成为在轨服务任务未来发展的方向。尤其是近年来，随着空间碎片数量指数级增长，针对空间非合作目标的空间操作的需求也随之快速增加。而对空间非合作目标的运动学状态进行精确地估计，是对其实施空间操作的前提和必要条件，也越来越受到人们的关注。
[0003]基于视觉结合卡尔曼滤波或其扩展方法对空间目标进行状态估计，目前已有了许多相关的研究，并在地面或在轨实验中得到了验证和应用。随着对空间非合作目标状态辨识的需求增加，得益于视觉传感器的被动性质，采用基于视觉的目标状态估计方法越来越多的受到人们的关注。
[0004]然而，传统的针对空间目标的辨识方法，多为针对空间合作目标进行的设计，即假定目标上存在合作的标识点，可十分方便地对标识点进行跟踪和测量。而现有的针对非合作目标的辨识方法，一般都同样假定目标部分信息已知，即存在合作的标识点或其3D几何构型已知，即在被动的视觉测量过程中，可以对目标上的一些特征点进行持续性的跟踪和测量。然而，在实际工况中，空间非合作目标的几何构型很可能是未知的，也不存在可用的合作标识点，因此需要从被动视觉图像中实时地提取特征点并进行跟踪。
[0005]此外，在空间环境下，非合作目标由于自身轨道姿态控制能力丧失，另外在漂浮状态，在外界干扰力的作用下常处于自由翻滚状态(参考其他文献将空间非合作目标的运动状态描述出来)，而且，由于非合作目标的质心位置和惯性参数未知，以及其惯性主轴和旋转轴以及之间的耦合效应，可能存在复杂的章动现象。因此，基于单一观测航天器对空间非合作目标进行观测，不可避免的会出现特征点遮蔽的现象，即无法实现对非合作目标的持续有效观测。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中单一观测航天器针对空间翻滚非合作目标观测性能存在特征点遮蔽的现象，本专利技术提供一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，通过卫星编队协作观测和跟踪，以及特征信息的星间传递，提高对空间非合作目标的观测性能和效率，有效解决特征点被遮蔽的现象。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，包括如下
步骤，
[0009]步骤1，选取多颗卫星构成观测卫星编队，各观测卫星围绕空间非合作目标相对运动，各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，获取相应的图像信息集合；
[0010]步骤2，对各个观测卫星获取的图像信息分别进行特征提取，并在时序图像序列中进行持续跟踪；
[0011]步骤3，在时序图像序列的持续跟踪中，当观测卫星所跟踪的特征点出现遮蔽现象时，所观测到遮蔽现象的观测点将遮蔽的特征点和特征信息传递给能够完全观测到该特征点的另一个观测卫星中，并通过所传递的观测卫星在获取的图像中对特征点继续跟踪；
[0012]步骤4，整合特征跟踪路径，得到连续跟踪过程中的目标特征点的运动轨迹。
[0013]优选的，步骤1中，各个观测卫星采用被动视觉传感器分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测。
[0014]优选的，步骤1中，各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，所获取相应的图像信息集合沿时间序列分布。
[0015]优选的，步骤1中，各个卫星通过采用SIFT特征算子获取第一张图像，并对第一张图像进行特征提取。
[0016]优选的，步骤2中，各卫星通过采用LK光流法获取时序图像序列对空间翻滚非合作目标进行协作跟踪。
[0017]优选的，步骤3中，各个观测卫星之间通过星间通信对特征点和特征信息进行传递。
[0018]优选的，步骤4，以一个卫星作为主观测卫星通过星间通信将全部卫星所观测的图像信息和特征信息进行传递收集。
[0019]优选的，步骤4，在一个卫星中对所收集的图像信息进行拼接，整合全部图像信息中的特征点运动轨迹得到连续跟踪过程中的目标特征点的运动轨迹。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术提供一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，通过卫星编队协作观测，利用各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测以获取相应的图像信息，对各观测卫星获取首张的图像信息分别进行特征提取处理，并在时序图像序列中进行持续跟踪；在持续观测过程中，当某观测卫星所跟踪的特征点由于目标旋转而处于遮蔽状态时，将特征点和特征信息传递给可能的下一卫星，以实现对特征点的持续跟踪；通过整合特征点的跟踪路径，得到连续跟踪过程中的目标特征点的运动轨迹，提高对空间翻滚非合作目标的观测性能和效率。
[0022]进一步的，各个观测卫星采用被动视觉传感器分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，在不同角度对空间非合作目标进行协作观测，提高了观测效率，保证获取完整的图像信息。
[0023]进一步的，各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，所获取相应的图像信息集合沿时间序列分布，通过获取的先后顺序对图像信息进行处理，便于后续对图像特征点的识别。
[0024]进一步的，各个卫星通过采用SIFT特征算子获取第一张图像，通过SIFT特征检测
算子得到精确的特征点位置信息，通过所获取到的第一张图像，便于记录起点的观测信息。
[0025]进一步的，各卫星通过采用LK光流法获取时序图像序列对空间翻滚非合作目标进行协作跟踪，光流法是一种具有代表性的局部光流法，通过利用提取的特征点信息，可以有效地提高光流的准确性并减少计算时间。
[0026]进一步的，各个观测卫星之间通过星间通信对特征点和特征信息进行传递，搭建了观测卫星之间的信息传递桥梁，便于将遮蔽的特征点通过信息传递进行观测，提高观测效率。
[0027]进一步的，以一个卫星作为主观测卫星通过星间通信将全部卫星所观测的图像信息进行传递收集，并对所收集的图像信息进行拼接，整合所收集的图像信息中特征点运动的轨迹，以一个卫星为主观测卫星对特征点进行整合，提高对空间非合作目标的观测性能和效率。
附图说明
[0028]图1为本专利技术中方法的简易计算流程框架图；
[0029]图2为本专利技术中SIFT特征算子的简易流程图；
[0030]图3为本专利技术中多航天器协作观测特征信息跟踪及信息传输简示图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0032]本专利技术提供一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1，选取多颗卫星构成观测卫星编队，各观测卫星围绕空间非合作目标相对运动，各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，获取相应的图像信息集合；步骤2，对各个观测卫星获取的图像信息分别进行特征提取，并在时序图像序列中进行持续跟踪；步骤3，在时序图像序列的持续跟踪中，当观测卫星所跟踪的特征点出现遮蔽现象时，所观测到遮蔽现象的观测点将遮蔽的特征点和特征信息传递给能够完全观测到该特征点的另一个观测卫星中，并通过所传递的观测卫星在获取的图像中对特征点继续跟踪；步骤4，整合特征跟踪路径，得到连续跟踪过程中的目标特征点的运动轨迹。2.根据权利要求1所述的一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，其特征在于：步骤1中，各个观测卫星采用被动视觉传感器分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测。3.根据权利要求1所述的一种空间翻滚非合作目标观测过程中的特征信息传递与协作跟踪方法，其特征在于：步骤1中，各观测卫星分别对应空间非合作目标的各个角度进行持续观测，所获取相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冲，赵迪，郑子轩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：