本发明专利技术公开的一种节点关联观测信息提取方法，属于深空探测技术领域。本发明专利技术实现方法为：根据节点间相对指向信息和节点间相对位置矢量信息满足节点间多视图几何约束的特点，匹配节点光学导航相机共同观测区域内的机会特征，由多组特征的对极约束方程求解节点间相对指向信息；在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征，若存在此类特征则联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到节点间相对位置矢量信息；基于Sampson距离构建用于选取节点关联信息的评价函数，根据评价函数选取Sampson距离较小的信息作为节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。根据所述精确的节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着状态协同导航的精度。提高柔性附着状态协同导航的精度。提高柔性附着状态协同导航的精度。
【技术实现步骤摘要】
小天体柔性附着节点关联信息提取方法
[0001]本专利技术涉及一种小天体柔性附着节点关联信息提取方法，属于深空探测
技术介绍
[0002]小天体附着探测对回答太阳系起源与演化、生命起源与进化等问题具有重要的科学价值，亦是发展与验证空间新技术的有效手段。考虑到小天体引力场弱且不规则、环境扰动复杂、表面形貌崎岖，采用刚性着陆模式易导致着陆器在小天体表面发生倾覆、反弹致使任务失败，因此亟需发展创建小天体柔性附着模式，增强着陆器对复杂环境的适应能力以及对着陆状态偏差的容忍能力，实现高可靠、强适应的小天体表面附着。然而，柔性着陆器动力学特性复杂，其附着过程的自主导航与控制系统难以设计。先前技术中，在保留柔性特性的前提下建立了柔性着陆器近似模型，将柔性着陆器上具备特定功能、具有刚性特征的质量聚集区称为节点，设计了多节点协同导航方案实现柔性附着状态估计。上述柔性附着协同导航方案中利用节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着过程的节点状态估计精度，进而提高柔性着陆器位置、速度和姿态的估计精度。针对此柔性附着协同导航方案，需发展节点关联信息提取方法，提供准确的节点间关联信息，为柔性着陆器多节点协同导航提供可行的技术途径。
技术实现思路
[0003]针对小天体柔性附着多节点协同导航问题，本专利技术主要目的是提供一种节点关联观测信息提取方法，基于节点光学导航相机共同观测区域内的形貌特征，提取节点间相对指向信息或节点间相对位置矢量信息，基于Sampson距离构建用于选取节点关联信息的评价函数，根据评价函数选取Sampson距离较小的信息作为节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。根据所述精确的节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着状态协同导航的精度。
[0004]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0005]本专利技术公开的一种节点关联观测信息提取方法，匹配节点光学导航相机共同观测区域内的机会特征，由多组特征的对极约束方程求解节点间相对指向信息；在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征，若存在此类特征则联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到节点间相对位置矢量信息；基于Sampson距离构建用于选取节点关联信息的评价函数，根据评价函数选取Sampson距离较小的信息作为节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。根据所述精确的节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着状态协同导航的精度。
[0006]本专利技术公开的小天体柔性附着节点关联信息提取方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、匹配节点光学导航相机共同观测区域内的机会特征，联立多组特征的对极约束方程得到节点间相对指向信息。
[0008]匹配节点相机共同观测区域的机会特征，建立对极约束方程
[0009][0010]上式中，E
ij
为本质矩阵，和为机会特征P在节点j和节点i相机系下的像元像线，K
j
和K
i
为相机内参矩阵。
[0011]所述机会特征包括角点、SIFT特征点、SURF特征点。
[0012]为了信息提取的快速性，将式(1)转化为线性方程，得到
[0013]A
P
e
ij
＝0
ꢀꢀ
(2)
[0014]其中，e
ij
＝[e1…
e9]T
为本质矩阵E
ij
中的元素，A
P
为和中元素形成的向量，具体形式为
[0015][0016]联立多组特征的对极约束方程，对本质矩阵进行求解。对所求得的本质矩阵进行SVD分解，得到节点间相对指向信息其形式为
[0017][0018]其中，为附着点坐标系下节点i到节点j的单位相对位置矢量，即节点间相对指向。
[0019]步骤二、在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征，若存在此类特征则联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到节点间相对位置矢量信息，能够减小节点间相对位置矢量信息获取的计算量。
[0020]在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征。当共同观测区域内存在绝对位置已知的特征L时，联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到
[0021][0022][0023][0024]其中，和特征L在节点1和节点2图像中的像元像线，f为节点相机焦距，R1和R2为节点相机系到附着点固连系的姿态转换矩阵，r
L,z
为特征L在附着点固连系下的高度，r
1,z
和r
2,z
为节点1和节点2在附着点固连系下的高度，由激光测距仪测量获得。由此，得到节点间相对位置矢量信息其形式为
[0025][0026]其中，为附着点坐标系下节点i到节点j的相对位置。
[0027]步骤三、根据步骤一和步骤二得到的节点间相对指向信息和节点间相对位置矢量信息，基于Sampson距离构建用于选取节点关联信息的评价函数，根据评价函数选取
Sampson距离较小的信息作为柔性着陆器多节点协同导航的节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。
[0028]记R
ij
为节点i相机系到节点j相机系的姿态转换矩阵，为步骤一和步骤二中得到的节点间相对指向信息和节点间相对位置矢量信息。当信息提取准确时，节点j观测到的特征m
j
(包括步骤一中的机会特征和步骤二中绝对位置已知的形貌特征)应位于其对应极线上，因此特征到其对应极线距离能够表征信息提取的精度。Sampson距离是衡量特征到其对应极线距离的指标，其定义为
[0029]d
Sampson
＝g(JJ
T
)
‑1g
ꢀꢀ
(9)
[0030]其中，
[0031]g＝(m
j
)
T
l
j
ꢀꢀ
(10)
[0032][0033]综合共同观测区域内的所有可匹配特征，构建选取节点关联信息的评价函数为
[0034][0035]其中，ι为可匹配特征的标号。
[0036]通过式(12)对两类信息进行评价，选取较小的信息作为作为柔性着陆器多节点协同导航的节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。
[0037]还包括步骤四：根据步骤三获取的节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着状态协同导航的精度。
[0038]考虑柔性附着状态约束，柔性着陆器节点状态的最小二乘估计问题为
[0039][0040]其中，为节点i修正后的估计结果，为节点i状态独立估计结果，为节点i状态独立估计误差协方差阵，l
ij
为节点i和节点j间的标称相对距离，Δl
ij
为柔性体节点间的最大形变量，r1,r2,r3为节点1、节点2和节点3的位置，r
12
＝r2‑
r1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.小天体柔性附着节点关联信息提取方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、匹配节点光学导航相机共同观测区域内的机会特征，联立多组特征的对极约束方程得到节点间相对指向信息；步骤二、在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征，若存在此类特征则联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到节点间相对位置矢量信息，能够减小节点间相对位置矢量信息获取的计算量；步骤三、根据步骤一和步骤二得到的节点间相对指向信息和节点间相对位置矢量信息，基于Sampson距离构建用于选取节点关联信息的评价函数，根据评价函数选取Sampson距离较小的信息作为柔性着陆器多节点协同导航的节点关联信息，为柔性附着状态协同导航提供精确的节点关联信息。2.如权利要求1所述的小天体柔性附着节点关联信息提取方法，其特征在于：还包括步骤四，根据步骤三获取的节点关联信息对节点状态进行修正，提高柔性附着状态协同导航的精度。3.如权利要求1或2所述的小天体柔性附着节点关联信息提取方法，其特征在于：步骤一实现方法为，匹配节点相机共同观测区域的机会特征，建立对极约束方程上式中，E
ij
为本质矩阵，为本质矩阵，和为机会特征P在节点j和节点i相机系下的像元像线，K
j
和K
i
为相机内参矩阵；所述机会特征包括角点、SIFT特征点、SURF特征点；为了信息提取的快速性，将式(1)转化为线性方程，得到A
P
e
ij
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，e
ij
＝[e1…
e9]
T
为本质矩阵E
ij
中的元素，A
P
为和中元素形成的向量，具体形式为联立多组特征的对极约束方程，对本质矩阵进行求解；对所求得的本质矩阵进行SVD分解，得到节点间相对指向信息其形式为其中，为附着点坐标系下节点i到节点j的单位相对位置矢量，即节点间相对指向。4.如权利要求3所述的小天体柔性附着节点关联信息提取方法，其特征在于：步骤二实现方法为，在共同观测区域内搜寻绝对位置已知的形貌特征；当共同观测区域内存在绝对位置已知的特征L时，联合激光测距仪信息，由光学测量几何关系得到
其中，和特征L在节点1和节点2图像中的像元像线，f为节点相机焦距，R1和R2为节点相机系到附着点固连系的姿态转换矩阵，r
L,z
为特征L在附着点固连系下的高度，r
1,z
...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔平远，陆晓萱，葛丹桐，朱圣英，梁子璇，徐瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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