【技术实现步骤摘要】
基于单目序列图像的空间目标形状与运动自主估计方法
[0001]本专利技术涉及一种基于单目序列图像的空间目标形状与运动自主估计方法，属于空间相对导航
技术介绍
[0002]随着我国载人航天、深空探测、在轨服务等重大工程项目的推进，需要完成空间站的建造与运营支持、卫星组装与服务、行星表面探测与试验等复杂任务，航天器必须能够提供各种在轨操作服务，如目标捕获、目标转移与释放、在轨组装、在轨服务(燃料加注、模块更换等)、在轨制造、辅助宇航员进行舱外活动、甚至是未知地外天体表面探测等。可以预见，未来在轨操作任务具有环境不确定、约束条件多、可靠性要求高、任务多样且复杂等特点，且操作的对象往往是一类无标识、无应答、无先验知识的空间非合作目标，目前面向确定性任务的基于程序控制或人在回路遥操作的模式，由于动作确定或大延时等问题，已经难以满足这种高风险、不确定性任务对在轨操控的灵活、敏捷、精确运动的任务要求，这就要求航天器必须自主地感知目标、自主地动作规划、自主地操作控制，其中面向空间非合作目标的自主导航是航天器能够提供在轨操作服务的基...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于单目序列图像的空间目标形状与运动自主估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立双目视觉测量的基本方程；S2、利用双目视觉测量的基本方程，建立空间目标点的三维重建方程；S3、利用双目视觉测量的基本方程，建立基于序列图像的目标运动状态测量方程；S4、设定相机系到前一帧主轴系的转换矩阵等于单位阵，匹配相邻帧图像，得到目标惯性主轴坐标系在相邻帧成像时刻之间的变换矩阵；利用空间目标点的三维重建方程，获得目标特征点在左相机坐标系的位置向量集合和目标特征点在右相机坐标系的位置向量集合；利用目标特征点在左相机坐标系和右相机坐标系的位置向量集合，统一前后相邻帧的尺度；根据统一后的相邻帧的尺度，重新确定目标特征点在左相机坐标系和右相机坐标系的位置向量集合；利用目标惯性主轴坐标系在相邻帧成像时刻之间的变换矩阵，计算得到相邻帧之间的姿态四元数、自旋角速度和自旋轴方向；利用重新确定的目标特征点在左相机坐标系和右相机坐标系的位置向量集合，通过对目标选择一周的序列图像匹配与计算，即可获得目标的形状估计。2.根据权利要求1所述的空间目标形状与运动自主估计方法，其特征在于，双目视觉测量的基本方程为：量的基本方程为：式中，P
l
为空间目标点在左相机坐标系的位置，P
r
为空间目标点在右相机坐标系的位置；T为左相机坐标系在右相机坐标系的位置，R为左相机坐标系到右相机坐标系的转换矩阵，p
l
空间目标点在左相机成像的像点，p
r
空间目标点在左相机成像的像点，E为描述双目视觉极限约束的本质矩阵，F为描述双目视觉极限约束的基础矩阵；A
l
和A
r
分别为左相机和右相机的已知内参矩阵，是由T组成的斜对称矩阵。3.根据权利要求1所述的空间目标形状与运动自主估计方法，其特征在于，空间目标点的三维重建方程为：其中V
i
由下面式子确定：由下面式子确定：
mp3＝mp2(span(SM1,N,1)
‑
span(SM2,N,1))mp3(4(i
‑
1)+1：4i，：)＝U
i
S
i
V
iT
，i＝1，2，...，N式中，A
l
和A
r
为左相机和右相机的已知内参矩阵；对任意一个矩阵M，M(n,m)代表矩阵M第n行、第m列的元素，当n＝:或m＝:代表选择所有列或行，span(M,n,m)代表由矩阵M作为元素组成的更大的矩阵，n代表由n个矩阵组成行排列，m代表由m个M组成列排列；N为空间目标点的数量，p
li
和p
ri
，i＝1,2,
…
,N代表第i个空间目标点在左相机和右相机成像的像点，P
l,i
，i＝1,2,
…
,N代表第i个空间目标点在左相机坐标系的位置，U
i
S
i
V
iT
是mp3(4(i
‑
1)+1:4i,:)的矩阵奇异值运算的结果。4.根据权利要求1所述的空间目标形状与运动自主估计方法，其特征在于，基于序列图像的目标运动状态测量方程为：q
e
＝quat(R
e
)θ＝π
‑
2sin
‑1(q
e
(4))(4))式中，R
e
为图像匹配得到的目标惯性主轴坐标系在相邻帧成像时刻之间的姿态变换矩阵，θ为目标在相邻图像成像时刻之间的自旋角度，为目标自旋角速度，e为目标在相邻图像成像时刻之间的自旋轴方向，ΔT为相邻帧图像成像时间间隔；π为圆周率，quat为四元数反变换运算符号。5.根据权利要求1至4中任一项所述的空间目标形状与运动自主估计方法，其特征在于，空间目标为非合作目标。6.一种基于单目序列图像的空间目标形状与运动自...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛东明，朱卫红，邓润然，李嘉兴，鄂薇，赵小宇，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：
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