桂 力,郑顺义,曹姝清,刘宗明,陈 赟

(1.地球空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉 430079; 2.武汉大学 遥感信息工程学院,湖北 武汉 430079; 3.武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430079; 4.上海航天控制技术研究所,上海 201109)

基于点云的非合作航天器位姿测量方法研究

桂 力1、2、3,郑顺义1、2,曹姝清4,刘宗明4,陈 赟4

(1.地球空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉 430079; 2.武汉大学 遥感信息工程学院,湖北 武汉 430079; 3.武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430079; 4.上海航天控制技术研究所,上海 201109)

针对已有基于二维影像的非合作航天器定位定姿方法在目标适应性和稳定性方面的不足，研究了一种基于三维点云的位姿测量方法。提出一种考虑累积误差的参数传递法进行序列点云的配准，用参数传递法获得初始值，在初始值的引导下与基准模型进行快速精确配准，实现了基于实时三维点云的相对运动跟踪，获得了较高的解算精度，方法利用目标的几何形状信息，有更好的普适性和稳健性。分别以仿真模型和现场模型作为测量对象进行位姿跟踪实验，用扫描仪获取动态卫星模型的三维点云并进行位姿解算，测量的运动轨迹与设计值吻合度较好，表明所提方法有较好的稳健性和较高的精度。

非合作航天器； 位姿测量； 三维点云； 点云配准； 累积误差； 三维运动跟踪； 参数传递； ICP算法

0 引言

随着航天技术的飞速发展，对航天器的交会对接、在轨捕获、自动维修等的应用提出了更高的要求。近年来，国内在这些领域的研究取得了进展，如在2011年实现了神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器的空间交会对接，这种对接属于大型航天器的合作目标对接，可通过安装主动通信设备及其它特征标志进行识别定位[1]。……