时建奇+许林

摘要：针对航天器对接操作过程中相对位姿测量的问题，该文利用航天器对接口为圆环的结构特征，设计了一种基于PMD相机的位姿测量方法，该方法利用PMD相机获取的三维点云数据，通过点云配准的方法，实现了目标相对位姿的准确测量。

关键词： PMD；位姿测量；三维点云；配准

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0269-03

Abstract：To deal with the problem of measured relative pose in spacecraft docking operations ， This paper use the circular structure of the spacecraft ， designed a pose measurement method based on the PMD camera ， The method uses the camera to obtain three-dimensional point cloud data ，by this method of point cloud registration to achieve an accurate measurement of the relative pose of the target.

Key words：PMD； pose measurement； 3D point cloud； registration

1 概述

在航天领域，要完成航天器目标的对接任务，需要获得目标的相对位姿参数，对于非合作目标，航天器本身没有预先安装合作标识器，需要利用航天器本身的结构特征来实现目标的识别和定位[1] 。航天器有对接环和发动器喷口等圆形结构，本文利用目标的圆特征，进行位姿测量。相较于其他特征，利用圆特征进行位姿测量的最大优势是能够抗遮挡，通过部分圆特征就能解算出位姿。然而，对于非合作目标，在没有任何约束条件下，基于单个圆的单目视觉位姿测量的解具有二义性[2]，所以在实际应用中需要解决目标二义性的问题。

本文提出了一种基于PMD相机的非合作目标[3]的空间位姿测量方法，通过空间点云配准的方法能够直接获取位姿的唯一解，解决了二义性的问题，该方法首先对PMD相机采集的深度图像进行滤波去噪、去除不可靠点和异常值。然后把目标的深度数据转化为空间三维点云数据，通过模版匹配的方法对两幅目标点云进行粗配准，再利用改进型的ICP算法[4]对点云进行精配准，获取两幅点云的平移矩阵和旋转矩阵，最终得到目标相对位姿测量结果。……