杨 成, 李 勰, 李志辉, 孙 军

(1. 北京航天飞行控制中心，北京 100094；2. 航天飞行动力学技术重点实验室，北京 100094； 3.中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000)

0 引 言

三维姿态信息是反映空间目标运动状态的重要参数，对空间态势感知、目标运动分析、航天器运行控制和故障诊断具有重要意义。空间目标的观测主要采用地基雷达观测和光学观测两种方式[1-3]。雷达观测向目标发射电磁波并接收返回信号，属于主动探测，其探测能力与作用距离的四次方成反比，主要作用于近地轨道空间。光学观测属于被动观测，探测能力与距离的平方成反比，具有更好的跟踪能力。随着光学成像设备性能的发展，地基光学图像在空间目标姿态估计的应用越来越多[4-5]。

从图像信息中提取空间目标姿态主要有两类方法。一类是模板匹配方法，根据空间目标的几何外形、表面材质和空间构造等三维模型信息，预先仿真不同姿态下的观测图像，建立目标观测图像库，然后将实际观测图像进行图像匹配，根据匹配相似度确定目标的姿态。这类方法需要提前构建匹配图像库，在姿态估计过程中进行大量的匹配处理，具有较高的计算复杂度，实际应用中效率较低，且需要定义合适的图像匹配相似度，对姿态估计的结果有较大影响[6-8]。另一类是直接根据三维空间到二维图像的投影关系进行解算，一般是通过提取图像特征，根据计算机视觉成像原理，建立空间三维信息到二维图像的几何投影模型，根据特征在二维图像的像素坐标反算出三维空间坐标，从而确定目标的三维姿态。……