[发明专利]小天体柔性附着多节点相对位姿估计方法

说明书

本发明公开小天体柔性附着多节点相对位姿估计方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：建立小天体柔性附着多节点相对位姿估计的特征曲线光学导航观测模型；在同帧下，利用包含信息多的特征曲线构建节点间相对位姿方程，通过解算所述节点间相对位姿方程得到更准确的单应矩阵；归一化单应矩阵，并对归一化后的单应矩阵进行奇异值分解，通过先验信息筛选得到节点间相对位姿，即利用包含信息多的特征曲线提高小天体柔性附着多节点间相对位姿估计精度，为后续精确控制柔性着陆器姿态提供支撑。此外，本发明通过引入同帧曲线特征信息，对帧间信息进行补充，能够为后续修正帧间信息提供支撑。

技术领域

本发明涉及一种多节点相对位姿估计方法，尤其涉及小天体柔性附着多节点相对位姿估计方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

近年来，小天体探测逐渐成为深空探测重点领域。目前人类已经开展了23次的小天体探测任务，小天体探测活动对人类了解宇宙和太阳系起源等具有重要的科学意义。小天体附着是开展小天体表面原位探测、采样返回的重要前提。然而，小天体引力场弱，传统刚性附着容易发生倾覆、反弹甚至逃逸，严重威胁着陆安全，进而导致任务失败。

为此，在小天体附着任务中，采用柔性附着方式可有效抑制末端残余速度所导致的着陆器发生倾覆、反弹的可能。然而，柔性着陆器尺度大、刚度低，在附着过程中具有一定形变，给柔性着陆器位姿估计带来困难。柔性着陆器的敏感器配置在柔性体局部刚性节点处，通过节点间相对位置信息可以表征柔性体在下降过程中的姿态。然而，柔性着陆器形变导致节点间相对位姿变化，需要对节点间相对位姿进行估计，从而获得节点间相对位置以近似表征着陆器整体姿态。所以，研究节点间相对位置为后续精确控制柔性着陆器整体姿态具有重要意义。

发明内容

本发明公开小天体柔性附着多节点相对位姿估计方法要解决的问题是：在柔性附着过程中，由于柔性着陆器形变导致的各节点相对位姿变化，通过各节点携带的光学相机获取图像，根据特征在不同图像中相对几何关系，对节点间相对位姿进行估计，将曲线特征作为观测量，提高节点间相对位姿估计精度，为后续精确控制柔性着陆器姿态提供支撑。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开小天体柔性附着多节点相对位姿估计方法，建立小天体柔性附着多节点相对位姿估计的特征曲线光学导航观测模型；在同帧下，利用包含信息多的特征曲线构建节点间相对位姿方程，通过解算所述节点间相对位姿方程得到更准确的单应矩阵；归一化单应矩阵，并对归一化后的单应矩阵进行奇异值分解，通过先验信息筛选得到节点间相对位姿，即利用包含信息多的特征曲线提高小天体柔性附着多节点间相对位姿估计精度。此外，本发明通过引入同帧曲线特征信息，对帧间信息进行补充，能够为后续修正帧间信息提供支撑。

本发明公开的小天体柔性附着多节点相对位姿估计方法，包括如下步骤：

步骤一：建立小天体柔性附着多节点相对位姿估计的特征曲线光学导航观测模型。

由于小天体表面具有能产生曲线特征的地貌特征，通过图像处理后获得特征点及曲线信息。所述能产生曲线特征的地貌特征包括陨石坑、岩石地貌特征。

特征点是最常见的观测特征，包括SIFT点、角点、陨石坑中心点三类。导航相机模型采用小孔成像模型，小天体表面上任一特征点p在i个相机中测量量为

式中，u_i,v_i表示在第i个相机图像坐标，^Cx_i,^Cy_i,^Cz_i表示在第i个相机坐标系下特征点P的三轴分量。

其中，C_i(q)表示着陆坐标系分别到第i个相机坐标系的转换矩阵。^Lp表示着陆点p在着陆点坐标系的位置矢量。