留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于多传感器融合的航天器间位姿参数估计

冯春 吴洪涛 陈柏

冯春, 吴洪涛, 陈柏. 基于多传感器融合的航天器间位姿参数估计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1616-1622.
引用本文: 冯春, 吴洪涛, 陈柏. 基于多传感器融合的航天器间位姿参数估计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1616-1622.
Feng Chun, Wu Hongtao, Chen Bai. Method for relative pose parameters between spacecrafts based on mixing of multi-sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(5): 1616-1622.
Citation: Feng Chun, Wu Hongtao, Chen Bai. Method for relative pose parameters between spacecrafts based on mixing of multi-sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(5): 1616-1622.

基于多传感器融合的航天器间位姿参数估计

基金项目: 

国家自然科学基金(51075209);江苏省自然科学基金青年项目(BK20140252);江苏省高校自然科学研究面上资助项目(14KJB510003)

详细信息
    作者简介:

    冯春(1981-),男,讲师,博士,主要从事机器人视觉及其应用研究。Email:chun0471@163.com

  • 中图分类号: TP242.6.2

Method for relative pose parameters between spacecrafts based on mixing of multi-sensor

  • 摘要: 提出了利用单目视觉与激光测距仪混合的航天器间相对位置和姿态参数测量的解析算法。首先利用四元数测量算法,采用5个非共面特征光点和单目视觉获取航天器间相对位置和姿态参数的解析解,并对解析解进行修正;然后,将上述6D位姿参数与激光测距仪获取的1D距离进行融合,以进一步对6D位姿参数进行修正。最后,通过计算实例对该算法进行数学仿真,仿真结果表明:该算法保证了在相机标定和特征光点提取及匹配较大误差下的位姿参数的估计精度,能够满足航天器相对位姿确定精度和实时计算要求。
  • [1] John L J, Declan C H, Karim P W, et al. Vision-based navigation for rendezvous, docking and proximity operations [D]. Cranfield: American Astronomioal Society, 1999.
    [2]
    [3]
    [4] Beard R W, Lawton J, and Hadaegh F Y. A coordination architecture for formation control [J]. IEEE Transactions on Control System Technology, 2001, 9(6): 777-790.
    [5]
    [6] Philip N K, Ananthasayanam M R. Relative position and attitude estimation and control schemes for the final phase of an autonomous docing mission of spacecraft[J]. Acta Astronautica, 2003, 52: 511-522.
    [7]
    [8] Lin Laixing, Li Can. CCD camera-based measurement for the final phase of RVD mission[J]. Journal of Astronautics, 1994, 15(2): 24-34. (in Chinese) 林来兴, 李灿. 交会对接最后逼近阶段CCD相机的测量方法[J]. 宇航学报, 1994, 15(2): 24-34.
    [9] Du Xiaoping, Zhao Jiguang, Cui Zhanzhong, et al. Optical method for position-attitude determination between spacecrafts based on computer vision[J]. Optical Technique, 2003, 29(6): 664-666. (in Chinese) 杜小平, 赵继广, 崔占忠, 等. 基于计算机视觉的航天器间相对状态测量系统[J]. 光学技术, 2003, 29(6): 664-666.
    [10]
    [11] Zhang Qingjun, Hu Xiulin, Ye Bin, et al. Binocular vision based relative position and attitude determination between spacecrafts[J]. Journal of Astronautics, 2008, 29(1): 156-161. (in Chinese) 张庆君, 胡修林, 叶斌, 等. 基于双目视觉测量的航天器相对位置和姿态的测量方法[J]. 宇航学报, 2008, 29(1): 156-161.
    [12]
    [13] Mukundan R, Ramakrishnan K R. A quaternion solution to the pose determination problem for rendezvous and docking simulations[J]. Mathematics and Computers in Simulation, 1995, 39: 143-153.
    [14]
    [15]
    [16] Zhang Shijie, Cao Xibin, Li Hui. Closed-form method for relative attitude and position parameters of RVD spacecrafts based monocular vision[J]. Optical Technique, 2005, 31(1): 6-10. (in Chinese) 张世杰, 曹喜滨, 李晖. 交会对接航天器间相对位姿参数单目视觉测量的解析算法[J]. 光学技术, 2005, 31(1): 6-10.
    [17]
    [18] Li Jianfeng, Du Xiaoping, Zhang Huixing. The research on spacecraft relative state optical measurement based on quaternion[J]. Aerospace Control, 2011, 29(2): 46-51. (in Chinese) 李建锋, 杜小平, 张彗星. 基于四元数的航天器间相对姿态光学测量方法研究[J]. 航天控制, 2011, 29(2): 46-51.
    [19]
    [20] Xu Wenfu, Liang Bin, Li Cheng, et al. The approach and simulation study of the relative pose measurement between space-crafts based on stereo vision[J]. Journal of Astronautics, 2009, 30(4): 1421-1428. (in Chinese) 徐文福, 梁斌, 李成, 等. 基于立体视觉的航天器相对位姿测量方法与仿真研究[J]. 宇航学报, 2009, 30(4): 1421-1428.
    [21] Wang Baofeng, Li Guangyun, Chen Jihua, et al. Two methods of coded targets used in rendezvous and docking[J]. Journal of Astronautics, 2008, 29(1): 162-166. (in Chinese) 王保丰, 李广云, 陈继华, 等. 航天器交会对接中测量靶标的两种设计方法[J]. 宇航学报, 2008, 29(1): 162-166.
    [22]
    [23]
    [24] Wilson J R. Satellite hopes ride on orbital express [J]. Aerospace America, 2007, 45(2): 30-35.
    [25] Tafazoli M. A study of on-orbit spacecraft failures [J]. Acta Astronautica, 2009, 64(2/3): 195-205.
    [26]
    [27] Xu Wenfu, Liang Bin, Li Cheng, et al. Measurement and planning approach of space robot for capturing non-cooperative target[J]. Robot, 2010, 32(1): 61-69. (in Chinese) 徐文福, 梁斌, 李成, 等. 空间机器人捕获非合作目标的测量与规划方法[J]. 机器人, 2010, 32(1): 61-69.
    [28]
    [29]
    [30] Feng Chun, Wu Hongtao, Chen Bai, et al. Closed-form method for relative pose parameters between chaser and target spacecraft based on quaternion[J]. China Mechanical Engineering, 2013, 24(12): 1655-1660. (in Chinese) 冯春, 吴洪涛, 陈柏, 等. 追踪与目标航天器相对位姿参数四元数的解析算法[J]. 中国机械工程, 2013, 24(12): 1655-1660.
    [31] Chao Zhichao, Fu Sihua, Jiang Guangwen, et al. Mono camera and laser rangefinding sensor position-pose measurement system[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(3): 0312001. (in Chinese) 晁志超, 伏思华, 姜广文, 等. 单目摄像机-激光测距传感器位姿测量系统[J]. 光学学报, 2011, 31(3): 0312001.
  • [1] 刘峰, 郭英华, 王霖, 高裴裴, 张月桐.  二维主动位姿引导的单目空间姿态测量方法 . 红外与激光工程, 2024, 53(2): 20211026-1-20211026-11. doi: 10.3788/IRLA20211026
    [2] 王世强, 孟召宗, 高楠, 张宗华.  激光雷达与相机融合标定技术研究进展 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230427-1-20230427-14. doi: 10.3788/IRLA20230427
    [3] 许航, 熊芝, 张刘港, 冯维, 翟中生, 周维虎, 董登峰.  基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210675-1-20210675-6. doi: 10.3788/IRLA20210675
    [4] 刘岩, 雷柏平, 范斌, 边疆.  基于视觉测量的目标定位技术及结构参数优化 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200191-20200191. doi: 10.3788/IRLA20200191
    [5] 张欣, 李思宁, 孙剑峰, 姜鹏, 刘迪, 王鹏辉.  基于Mean Shift点法向量分类的目标三维姿态估计 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200109-20200109. doi: 10.3788/IRLA20200109
    [6] 张楠, 孙剑峰, 姜鹏, 刘迪, 王鹏辉.  激光雷达场景三维姿态点法向量估计方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0105004-0105004(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0105004
    [7] 王鹤, 李泽明.  激光测距仪与相机信息融合过程中位姿标定方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0413002-0413002-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0413002
    [8] 杨凌辉, 张正吉, 林嘉睿, 王金旺, 徐秋宇, 刘博文.  融合光电扫描定位的大构件整体形貌测量方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503002-0503002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0503002
    [9] 王中宇, 李亚茹, 郝仁杰, 程银宝, 江文松.  基于点特征的单目视觉位姿测量算法 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517002-0517002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0517002
    [10] 丁忠军, 赵子毅, 张春堂, 潘文超, 刘雨萌.  载人潜水器的深海地貌线结构光三维重建 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503001-0503001(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503001
    [11] 穆生博, 宋俊儒, 李洋, 焦文春.  星载激光测距仪扩束系统的高精度装调 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 306006-0306006(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0306006
    [12] 范宜艳, 赵斌.  基于姿态角传感器与旋转测距仪的坐标测量 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 117001-0117001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0117001
    [13] 张海峰, 程志恩, 李朴, 王元明, 张忠萍, 吴登喜.  激光雷达合作目标设计及其在空间交会对接中的应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2556-2561.
    [14] 赵兵, 曹剑中, 杨洪涛, 周祚峰, 史魁, 徐伟高.  改进的平方根容积卡尔曼滤波及其在POS中的应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2819-2824.
    [15] 徐超, 高敏, 杨耀.  自调整分层卡尔曼粒子滤波的快速目标跟踪 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1942-1949.
    [16] 柳鸣, 张国玉, 安志勇, 王劲松, 段洁, 赵昭, 郑志峰.  大量程脉冲激光测距仪性能检测方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2679-2683.
    [17] 曾占魁, 谷蔷薇, 曹喜滨.  基于正交Procrustes分析的航天器单目视觉相对位姿确定方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 113-118.
    [18] 陈海欣, 顾国华, 钱惟贤, 陈钱, 徐富元.  移动平台下运动目标检测的MOF算法 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 620-624.
    [19] 王虎, 罗建军.  空间碎片多光谱探测相机光学系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1188-1193.
    [20] 田宁, 孙军华, 刘震.  单目视觉目标观瞄光点实时定位方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 2046-2050.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  438
  • HTML全文浏览量:  84
  • PDF下载量:  242
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-05
  • 修回日期:  2014-10-15
  • 刊出日期:  2015-05-25

基于多传感器融合的航天器间位姿参数估计

    作者简介:

    冯春(1981-),男,讲师,博士,主要从事机器人视觉及其应用研究。Email:chun0471@163.com

基金项目:

国家自然科学基金(51075209);江苏省自然科学基金青年项目(BK20140252);江苏省高校自然科学研究面上资助项目(14KJB510003)

  • 中图分类号: TP242.6.2

摘要: 提出了利用单目视觉与激光测距仪混合的航天器间相对位置和姿态参数测量的解析算法。首先利用四元数测量算法,采用5个非共面特征光点和单目视觉获取航天器间相对位置和姿态参数的解析解,并对解析解进行修正;然后,将上述6D位姿参数与激光测距仪获取的1D距离进行融合,以进一步对6D位姿参数进行修正。最后,通过计算实例对该算法进行数学仿真,仿真结果表明:该算法保证了在相机标定和特征光点提取及匹配较大误差下的位姿参数的估计精度,能够满足航天器相对位姿确定精度和实时计算要求。

English Abstract

参考文献 (31)

目录

    /

    返回文章
    返回