孙博文，王大轶，王炯琦，周海银，葛东明，董天舒

1. 国防科技大学 文理学院，长沙 410073 2.中国空间技术研究院 北京空间飞行器总体设计部， 北京 100094

空间飞行器在轨服务与维护是航天技术领域的重要发展方向，是延长卫星、平台、空间站等空间飞行器寿命和能力，减少卫星运行成本的重要保证，对我国航天领域的发展具有重要意义[1-4]。

在轨服务对象大多属于“非合作目标”，比如，① 未安装辅助测量标识的空间飞行器，② 无法向外传输自身信息的空间飞行器，③ 由于故障等原因失效处于自由运动状态的空间飞行器，④ 空间碎片等等[5-8]。空间机器人利用机械臂抓捕空间非合作目标时，为减小操作过程中与非合作发生碰撞的风险，精准快速地估计非合作目标的运动状态是前提和基础，即空间机器人和空间非合作目标之间相对运动状态的估计[9-12]。

通常情况下，执行在轨服务与维护的卫星通常携带双目相机对非合作目标进行立体视觉观测，依据图像信息，选取非合作目标若干特征点，从而构建特征点观测坐标系。然而，对于空间自由运动的物体，其姿态运动学模型均在非合作目标本体坐标系下构建，但通过双目相机的观测值无法直接解算出非合作目标本体坐标系，一般采用扩展卡尔曼滤波算法对非合作目标姿态进行高精确估计。国内外学者为此做了大量研究工作[13-17]。

Segal等[18]在状态变量中估计一组特征点在非合作目标本体坐标系下的位置，通过跟踪目标特征点的方式，并利用迭代扩展卡尔曼滤波观测模型来估计相对位置，姿态，旋转和平移速度。……