[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

说明书

本发明提供了一种基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法，包括：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；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；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。本发明方法取得了非合作目标相对导航精度高、鲁棒性好、可靠性高的有益效果。

技术领域

本发明涉及航天器导航、制导与控制技术领域，特别涉及一种基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法。

背景技术

在空间交会对接任务中，目前两个空间飞行器间最终逼近的相对导航大多采用合作方式，即目标飞行器上安装有合作标志器，跟踪飞行器可通过观测目标飞行器上的合作标志器获得相对位姿测量信息，然后通过滤波方式实现连续的相对导航。在在轨服务、在轨维修、在轨维护等需要实施空间交会对接的航天任务中，对于未安装合作标志器的目标飞行器，无法采用合作相对导航方式进行最终逼近，因此迫切需要有一种新的空间非合作目标相对导航方法。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是采用双目立体视觉相机和捷联惯导实现空间非合作目标最终逼近过程中的相对导航问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于特征点跟踪的空间非合作目标相对导航方法，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。

较佳地，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。

较佳地，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。