面向立方星的相对位姿测量视觉传感器设计

杜荣华,张兴星,张翔,*,汪玲

1. 南京理工大学 机械工程学院，南京 210094 2. 南京航空航天大学 电子信息工程学院，南京 210016

航天技术发展中的重要内容之一是在轨服务技术。随着近些年国内外太空探索的进程加快，在轨服务技术亟待发展。在轨服务定义为服务航天器携带各种设备装置与目标航天器发生相互作用的过程。航天器由于故障、失效或者燃料耗尽而不能继续正常工作，在轨服务技术可用于故障航天器维修、回收，对于延长卫星服务寿命、减少太空环境碎片[1-2]，增强在轨卫星管理能力十分重要。在轨服务技术涉及与目标航天器的交会对接技术、绕飞检测技术和捕获技术等，而实现这些技术的核心是视觉导航技术[3-4]，其中服务星与目标星之间的相对位姿测量是进行视觉导航的基础。

国外已经开展了若干视觉导航在轨演示验证项目。如美国的轨道快车[5]计划，日本的ETS-VII[6]等。这两个项目中的追踪星均安装了可见光相机,目标星安装了发光标志器或角反射镜作为合作目标特征点。国内在航天器近距离的相对位姿测量技术研究中,也多采用合作标志器[7-8]。以上项目中的追踪星体积和质量一般较大，造价高，且需要配备复杂的仪器设备。

微纳卫星由于质量小、造价低和研制周期短的优势，近年来在国际上成为研究热点，其中具有代表性的是立方星技术。2018年美国和欧洲知名航天技术研究机构相继以立方星为平台，开展对微纳卫星视觉导航技术的在轨验证[9-10]，而中国尚未在该项技术上有足够的积累。……