[发明专利]柔性着陆器多节点相对位姿估计方法

权利要求书

1.柔性着陆器多节点相对位姿估计方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：柔性探测器不同节点相机同时对目标小天体表面成像，获取具有重合区域的图像IA和图像IB，完成图像中陨石坑的检测提取、不确定性求取和路标匹配；通过不确定性求取得到各陨石坑路标的不确定性矩阵；通过两幅图像重合区域匹配得到陨石坑路标匹配结果；

步骤二：考虑实际情况中各路标中心定位误差不确定性的特性，基于步骤一中求取的各陨石坑路标的不确定性矩阵，通过奇异值分解构造用于解算两幅节点图像间加权单应性矩阵的不确定性加权矩阵，为不同的陨石坑路标分配不同的权重，便于后续步骤五利用所述加权矩阵将导航路标定位误差不确定性融入到相对位姿估计中；

步骤三：基于步骤一所述陨石坑路标匹配结果，建立图像IA和图像IB中陨石坑中心的坐标对应关系方程；

步骤四：根据步骤二求取的不确定性加权矩阵，对步骤三中建立的陨石坑中心单应关系方程进行加权，求取反映两幅节点图像变换的加权单应性矩阵；

步骤五：对步骤四求取的单应性加权矩阵进行分解，根据权重分配估计柔性探测器不同节点间的相对位置和姿态，实现柔性探测器不同节点间的相对位姿加权估计，进而提高相对位置和姿态估计精度。

2.如权利要求1所述的柔性着陆器多节点相对位姿估计方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

为估计柔性探测器两个节点之间的相对位姿，协同探测的柔性探测器两个节点1和2同时对目标区域定向拍摄，星载计算机分别对节点1拍摄到的小天体表面图像IA和节点2拍摄到的图像IB进行陨石坑中心提取，图像IA和图像IB的重合区域共匹配到n个陨石坑路标，图像IB中检测的第k个陨石坑路标中心不确定度为R_k。

3.如权利要求2所述的柔性着陆器多节点相对位姿估计方法，其特征在于：步骤二实现方法为，

给定图像IB中半正定对称的测量误差协方差矩阵R_k，由其结构进行奇异值分解，则第k个导航路标测量误差协方差矩阵的逆矩阵分解为：

其中SVD表示奇异值分解，U_k是一个2×2的实正交矩阵，diag表示对角矩阵，和为奇异值；定义加权矩阵Q_k为的平方根，用于将原始观测数据转换到协方差加权数据空间：

考虑实际情况中各路标中心定位误差不确定性的特性，为不同的陨石坑路标分配不同的权重，便于后续步骤五利用加权矩阵Q_k将导航路标定位误差不确定性融入到相对位姿估计中；定义p_k＝(u_c,k,v_c,k)^T是图像IB中第k个导航路标中心的在像平面的估计位置坐标，是p_k转换到协方差加权数据空间的坐标，则变换过程如下：

。

4.如权利要求3所述的柔性着陆器多节点相对位姿估计方法，其特征在于：步骤三实现方法为，

定义H为反映图像IA和IB的单应性变换的单应性矩阵，由匹配结果和单应性变换关系，若图像IA和图像IB共匹配n对导航特征，图像IA中第k(k＝1,2,3,…n)个匹配的导航路标中心点坐标为则对应匹配的图像IB中第k个导航路标中心点坐标为二者的变换关系为：

其中，

定义待估计的加权单应性矩阵为

令则存在8个自由度；由式(4)和式(5)，导航路标中心匹配点对和存在如下关系：

则关系方程式(6)写为：

。

5.如权利要求4所述的柔性着陆器多节点相对位姿估计方法，其特征在于：步骤四实现方法为，

基于步骤三获取的不同节点图像中陨石坑路标中心坐标的对应关系(7)，对式(7)两边同时右乘加权矩阵Q_k，则式(7)恒等变换为：

则对于第k对导航路标中心，其加权单应关系方程为：

基于两幅图像中n对导航路标中心匹配点对，求解单应性矩阵的齐次线性方程组为：

由于一对匹配点存在两个线性方程，求解上述单应性矩阵至少需要4对点对进行求解，若匹配点对数量n＞4，则方程(10)为超定方程。