[发明专利]基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法

权利要求书

1.一种基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用双目立体视觉相机获取目标特征点的测量信息，并基于目标特征点建立用于相对导航的目标体坐标系；

S2：在获得相对导航参数初值后，采用捷联惯导的测量信息并结合动力学模型进行相对导航参数递推计算；

S3：设计卡尔曼滤波器并利用双目立体视觉相机跟踪目标特征点所获得的测量信息对递推计算得到的相对导航参数的误差进行实时估计与修正；

所述步骤S1中，双目立体视觉获取被稳定跟踪的目标特征点的测量信息，建立目标体坐标系t：在被跟踪的若干个目标特征点中，选取一个目标特征点p₀作为目标体坐标系t的原点，并且定义目标体坐标系与目标飞行器固连；除p₀以外的其他被跟踪的目标特征点p₁,p₂,…p_j相对于p₀点的位置向量，记为P₁,P₂,…,P_j，其中，j为正整数；选取目标特征点p₀、p₁、p₂作为定义目标体坐标系t的特征点，t的x轴为沿着P₁的方向，t的z轴为沿着P₁×P₂的方向，t的y轴与x轴、z轴构成右手系；

则目标特征点p_j相对于p₀的位置向量在跟踪飞行器本体坐标系b中的投影在时间区间[t_k-1,t_k]上，可由下式根据t_k-1时刻的进行推算t_k时刻的

式中，为t_k时刻的目标轨道系o与飞行器本体坐标系b间的方向余弦矩阵，为t_k-1时刻的飞行器本体坐标系b与目标轨道系o间的方向余弦矩阵；k为正整数；

还包括：

利用双目立体视觉相机跟踪目标特征点p₀以及p_j，j＝1，2，3，…，N，p₀及p_j的测量信息对应的相对位置向量在b系中的投影分别为及则分别得到目标特征点p₀的量测向量Z₀以及目标特征点p_j的量测向量Z_j：

式中，为捷联惯导计算得到的相对位置向量r^o，为计算得到的目标特征点p₀相对于p_j的位置向量；

则设计卡尔曼滤波器时，根据目标体坐标系t，构造如下目标体坐标系t的量测向量Z_t：

式中，为基于捷联惯导计算得到的相对姿态矩阵，且有，

式中，和为经过误差修正的目标飞行器上特征点p₁、p₂相对于p₀点的位置向量在b系中的投影；和分别为由特征点p₁、p₂确定的目标体坐标系t三个坐标轴向量在b系中的投影；和分别为由特征点p₁、p₂确定的目标体坐标系t三个坐标轴向量在t系中的投影。

2.根据权利要求1所述的基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法，其特征在于，还包括：设计卡尔曼滤波器具体为设计相对导航卡尔曼滤波器的状态向量X为，

式中，为相对姿态误差，δv为相对速度误差，δr为相对位置误差，▽为加速度计测量误差，δP_j为目标特征点的位置向量的推算误差。

3.根据权利要求1所述的基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：同时对捷联惯导的加速度误差和目标特征点位置矢量误差进行实时估计与修正以提高其精度。