一种基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法

摘要

本发明提出一种基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法，采用激光成像雷达作为测量设备，实现对无明显特征的非合作目标相对位姿测量。主要包括如下步骤：1. 根据非合作航天器模型建立精密点云模型库；2.根据激光成像雷达获取可视部位点云数据；3.对可视部位点云数据进行预处理；4. 将可视部位点云数据与精密点云模型数据进行粗配准；5. 采用ICP算法进行点云精配准确定最优相对位置姿态。本发明可实现对任意构型的非合作航天器的相对位置姿态姿测量，通过建立点云数据库，合理选择待配准点云，取得了抗干扰能力强、算法鲁棒性好、相对位置姿态测量精度高、可满足空间操控中近距离非合作目标相对导航任务需求的有益效果。

主权项

一种基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法，采用激光成像雷达作为测量设备，实现对无明显特征的非合作目标相对位姿测量，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据非合作航天器模型建立精密点云模型库将已知构型的非合作航天器通过UGS NX 7.0软件进行表面网格划分，生成由不同点云密度构成的点云模型数据库；步骤2，根据激光成像雷达获取可视部位点云数据根据任务需求，合理设计激光成像雷达参数，然后通过激光成像雷达对非合作航天器可视部位成像获得可视部位三维点云数据；步骤3，对可视部位点云数据进行预处理主要通过双边滤波算法过滤掉孤立点和混杂点，得到无噪声影响的点云数据；步骤4，将可视部位点云数据与精密点云模型数据进行粗配准通过计算每个点处的法向量、主曲率以及相应的主方向向量，应用相似性度量原理实现可视部位点云数据与点云密度间隔最小的精密点云进行粗配准，确定初始位置姿态；步骤5，采用ICP算法进行点云精配准确定最优相对位置姿态根据初始位姿，判断激光成像雷达距离目标的大致距离，然后自适应选择模型库中相应密度的点云，利用ICP算法进行高精度配准得到最优的相对位置姿态。