[发明专利]一种基于双目视觉的空间目标旋转状态辨识方法

说明书

技术领域

本发明属于航天技术，具体涉及一种基于双目视觉的空间目标旋转状态辨识方法。

背景技术

近年来，随着航天技术的发展，空间任务日趋多样化和复杂化，对于以故障卫星维修、敌方目标监测与捕获、轨道垃圾清理等在轨服务操作的需求日益迫切，NASA、ESA等大型航天研究机构也都提出了各自在在轨服务方面的研究与实验计划，其中较为著名的有NASA的XSS计划、ESA的ROTEX计划和ROGER计划、NASDA的ETS计划等等。为了实现在轨服务的任务要求，必然就要求服务本体对服务对象进行近距离的高精度操作，另外，由于本体与操作目标之间的任何轻微碰撞都会使得任务彻底失败，损毁本体，因此在轨服务的操作过程必须避免任何形式的碰撞。

在对三轴稳定的空间目标进行近距离操作时，只需要本体按照事先确定的安全区域限制接近目标并进行操作即可，但除了三轴稳定的操作目标外，空间中还存在着大量的非合作旋转目标，如敌方的自旋卫星、空间中无控旋转的失效卫星等，这些目标的未知旋转不仅会使得高精度操作难以实现，而且还会让本体极其容易与操作对象发生碰撞，因而极大地增加了操作过程的难度与风险，甚至会使得预定的操作方案彻底失效。考虑到在空间微重力环境下，大部分空间旋转目标的旋转角速度与旋转轴相对于操作本体，在短时间内不会发生较大变化，因此如果能够提供一种方法使得本体在进行操作之前能够获得目标的旋转轴与旋转角速度，以便重新规划本体的运动轨迹或将对于目标旋转运动的预测引入本体的运动控制回路，将大大降低空间在轨近距离操作过程的难度，具有较大的应用价值。

近些年随着计算机视觉的发展，人们提出了很多基于双目视觉的目标状态辨识方法，但这些方法都采用在目标上选取一个中心点，通过辨识中心点的位置运动和目标围绕该点的转动描述目标在空间的平动与转动，由于无法保证所选取的中心点一定位于目标的旋转轴上，因而这些方法并不具有辨识纯旋转目标的旋转轴与旋转角速度的能力。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于双目视觉的空间目标旋转状态辨识方法，能够在双目测量的基础上精确地辨识出空间旋转目标相对操作本体的旋转轴与旋转角速度。

技术方案

一种基于双目视觉的空间目标旋转状态的辨识方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将双目相机置于目标附近的任意位置P点，以目标上任意的两个标志点A和B为特征点，以t₀时刻两点在相机坐标系中的位置向量r_A0和r_B0及t₀+ΔT时刻两点在相机坐标系中的位置矢量r_A1和r_B1，计算角度量θ：

θ=arccos[(rA1-rA0)·(rB1-rB0)|rA1-rA0||rB1-rB0|]]]>