基于单目视觉图像序列的空间非合作目标相对姿态估计

郝刚涛 杜小平

装备学院，北京 101416

基于单目视觉图像序列的空间非合作目标相对姿态估计

郝刚涛 杜小平

装备学院，北京 101416

非合作目标相对姿态测量是非合作自主交会对接中的难点问题。提出了一种基于单目视觉图像序列的非合作目标相对姿态估计方法。首先建立基于姿态四元数的目标特征点运动观测模型，通过特征点提取、帧间特征点匹配和迭代扩展卡尔曼滤波估计等步骤，成功实现了非合作目标的姿态估计。该方法仅需利用1个单目相机获取图像序列，不需要复杂的视觉传感器和目标上安装人工标记点，也不需要知道目标的几何尺寸等先验信息，且具有较高的估计精度。计算机合成数据仿真和真实图像序列仿真验证了方法的有效性。

单目相机;非合作目标;迭代扩展卡尔曼滤波;姿态估计

空间非合作目标相对姿态测量是非合作自主交会对接导航中的难点问题，已经引起了国内外有关学者和研究机构的广泛关注。目前存在的姿态测量算法大多数是针对合作目标的，这些算法往往依赖于目标上的人工标记点或已知目标的几何结构［1-2］。由于非合作目标没有安装人工标记，且运动情况和空间结构完全或部分未知，因此这些算法不再适用，非合作目标相对姿态测量必须利用视觉系统获取目标自身几何结构或灰度等作为特征信息。

单目相机作为大部分航天器的标准装备，常常是空间探测的有效载……