[发明专利]一种空间非合作目标激光点云ICP位姿匹配正确性判别方法及系统

说明书

一种空间非合作目标激光点云ICP位姿匹配正确性判别方法及系统，开展地面物理仿真试验，获得空间非合作目标靶标的测量点云和空间非合作目标靶标的已知模型点云；进行ICP位姿匹配，得到接近于空间中真实的空间非合作目标的标准激光点云的ICP匹配后激光点云；得到ICP匹配后激光点云与空间中真实的空间非合作目标的标准激光点云上，每一组对应点的三维欧几里德空间距离；进行直方图分布统计，得到点云距离的标准直方图分布H2；判断两个直方图分布趋势是否一致。本发明的算法数据处理简单、计算复杂度低，适应空间非合作目标位姿匹配的工程应用，充分考虑了点云测量噪声的影响，可实时判定ICP位姿匹配是否达到一致性位姿匹配，进而有效提高位姿匹配的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种空间非合作目标激光点云ICP(Iterative Closest Point，最近点迭代)位姿匹配正确性判别方法及系统，适用于在有测量噪声的情况下，将测量激光点云作为输入，进行空间非合作目标位姿解算过程中，判别ICP算法是否实现了测量点云与模型点云间的最佳位姿匹配。

背景技术

随着航天技术的进步和空间任务的多样化发展，对于空间非合作目标位置和姿态的测量需求越来越迫切。应用激光获取非合作目标的点云，具有作用距离远、测距精度高、受外部光照环境影响小，具备全天时工作能力等特点，是空间非合作目标位姿测量的常用测量体制。利用激光的方法获取空间非合作目标点云后，需要对点云进行匹配计算处理，获得测量点云与模型点云之间的位姿关系，或者是获得当前帧测量点云与前一时刻测量点云之间的位姿关系，以此来获得空间非合作目标的相对空间位姿。

实际上，空间非合作目标的位姿解算，在数学方法上等效于对两片相同或局部相同的点云进行配准，如果能够实现点云的精确配准，则目标的位姿解算也更加精确。为了提高点云匹配精度，避免点云误匹配，空间非合作目标位姿解算中的点云匹配在方法上通常分为点云粗配和点云精匹配两个过程。在两片点云位姿差异较大的情况下，首先应用粗匹配方法，如主成份分析法、哈希查表法等对点云进行粗匹配；通过粗匹配，将点云位姿差异缩小，再利用精匹配方法，使两片点云高度匹配、重合，从而提高位姿解算精度。目前ICP算法是公认的高精度点云匹配方法，常用于点云精匹配阶段。但是常规的ICP算法存在如下几个问题：一个是点云迭代匹配过程中，逐个寻找最近点集过程非常耗时；一个是在点云迭代过程中容易陷入局部极小值，导致位姿匹配不准确，同时这种陷入局部极小值的情况在计算过程中难以有效识别；最后一个是在实际应用中，有噪声的测量点云和理想模型点云匹配计算时，最佳的一致匹配有可能并不是ICP的全局极小值。

针对ICP的耗时问题有很多学者提出改进算法，如基于KD-tree最近点搜索方法来提高对应最近点的搜索速度；AKD-tree(Approximate KD-tree)方法通过省去回溯查询来节省搜索时间；基于分层块状全局搜索到临近点局部搜索的改进ICP算法等等。针对陷入局部极小值问题，相应的算法有Fitzgibbon的LM-ICP算法，Sandhu的基于粒子滤波算法，Jiaolong的全局优化ICP(Globally Optimal ICP)算法等等。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，适应空间非合作目标位姿匹配的工程应用，提供一种空间非合作目标激光点云ICP位姿匹配正确性判别方法及系统，该方法能够在ICP匹配计算后，判别测量的有噪声点云与模型点云是否达到了正确的一致匹配，工程应用效果好。本发明解决ICP算法存在的问题，尤其是在空间非合作目标位姿匹配应用中，如何判定测量的有噪声点云与模型点云在ICP匹配后是否达到了正确的一致匹配，以利于后续处理，进一步提高位姿匹配的精度。

本发明的技术解决方案是：一种空间非合作目标激光点云ICP位姿匹配正确性判别方法，步骤如下：

(1)开展地面物理仿真试验，采用激光位姿敏感器，在地面模拟实际工况对空间非合作目标靶标进行扫描测量，获得空间非合作目标靶标的测量点云和空间非合作目标靶标的已知模型点云；