一种基于多源信息融合的非合作航天器相对位姿测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114114311A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111345242.0(22)申请日2021.11.15(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人胡庆雷郭鹏宇邵小东郑建英郭雷(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人安丽邓治平(51)Int.Cl.G01S17/86(2020.01)G01S7/48(2006.01)G01C11/04(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种基于多源信息融合的非合作航天器相对位姿测量方法(57)摘要本发明涉及一种基于多源信息融合的非合作航天器相对位姿测量方法，其步骤为：首先，设计非合作航天器模型，并构建双目相机和激光雷达的仿真模型；然后，考虑双目相机可以获取非合作航天器的全部信息但恢复深度信息的准确性受双目相机的配置标定影响，而激光雷达成像可以直接获取非合作航天器精确的深度信息但激光雷达成像点云稀疏，结合两类传感器的优势，设计传感器数据融合结构进行非合作航天器相对位姿测量；最后，基于测量的目标相对位姿，利用激光雷达数据进行迭代运算提高非合作航天器相对位姿测量精度。本发明通过基于双目相机与激光雷达数据融合的非合作航天器相对位姿测量，实现对非合作航天器相对位姿信息的高精度辨识。CN114114311ACN114114311A权利要求书1/3页1.一种基于多源信息融合的非合作航天器相对位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计非合作航天器模型，并构建双目相机和激光雷达的仿真模型；(2)基于步骤(1)所述的仿真模型，通过双目相机和激光雷达的仿真模型分别获取非合作航天器的双目图像和点云数据，设计双目图像与点云数据的信息融合方案进行非合作航天器相对位姿测量，得到非合作航天器粗略的相对位姿；(3)依据步骤(2)所述非合作航天器相对位姿，利用点云数据进行迭代运算，得到非合作航天器高精度的相对位姿，完成对非合作航天器的相对位姿测量。2.根据权利要求1所述的基于多源信息融合的非合作航天器相对位姿测量方法，其特征在于：所述步骤(1)中，非合作航天器模型为：X＝{x′i|x′i＝Rxi+t,i＝1,2,…,n}(1)TT其中，xi＝[x1x2x3]和x′i＝[x′1x′2x′3]分别表示非合作航天器经过旋转平移前后在世界坐标系中的坐标，R表示非合作航天器姿态旋转矩阵，t表示非合作航天器在世界坐标系中的平移向量，n表示构成非合作航天器模型的空间点数目；上标T表示转置矩阵；所述构建的双目相机仿真模型为：TT其中，[ulvl1]和[urvr1]分别表示非合作航天器投影到双目图像的左、右像素平面中的像素坐标，为相机的内参矩阵，表征相机的内部参数，1/dx,1/dy分别表示相机成像的横轴和纵轴分辨率，f表示相机焦距，(cx,cy)表示像平面的中心位置，R′l表示左目相机在世界坐标系中的姿态旋转矩阵，R′r表示右目相机在世界坐标系中的姿态旋转矩阵，表示左目相机相对于右目相机的姿态旋转矩阵，t′r表示右目相机在世界坐标系中的空间坐标，t′l表示左目相机在世界坐标系中的空间坐标，Δt′表示左、右目相机的相对位置；所述构建的激光雷达仿真模型为：激光雷达的光轴指向为世界坐标系的z轴正方向，则在激光雷达指向区域内非合作航天器仿真模型为：T其中，S＝{tLj,j＝1,…,m}表示激光雷达成像的点云集合，tLj＝[xLjyLjzLj]表示激光T雷达成像数据中第j个点云的位置数据，tWj＝[xWjyWjzWj]表示构成非合作航天器的点集2CN114114311A权利要求书2/3页T数据中第i个点的空间位置，θi＝[θ1iθ2i]表示构成非合作航天器的第i个点在激光雷达坐标系中的指向信息，θ1i,θ2i分别表征第i个目标点与激光雷达安装的垂直对称面和水平对T称面的夹角，tLiDAR＝[xLiDARyLiDARzLiDAR]表示激光雷达在世界坐标系中的空间坐标，θLiDART＝{[θLiDAR1θLiDAR2]|θLiDAR1∈{k1dθx,k1＝1,…,p},θLiDAR2∈{k2dθy,k2＝1,…,q}}，dθx表示激光雷达的水平扫描间隔，dθy表示激光雷达的垂直扫描间隔，p表示激光雷达的水平扫描线数目，受扫描间隔和水平视域影响，q表示激光雷达的垂直扫描线数目，m表示得到的激光雷达点云数目，n表示构成非合作航天器的空间点数目。3.根据权利要求1所述的基于多源信息融合的非合作航天器相对位姿测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中，设计的双目相机与激光雷达数据融合方案为：首先，通过步骤(1)所构建的双目相机和激光雷达仿真模型，获取步骤(1)所