牟金震,刘宗明,韩飞,周彦,李爽

1.上海航天控制技术研究所,上海 201109

2.上海市空间智能控制技术重点实验室,上海 201109

3.南京航空航天大学 航天学院,南京 211106

4.湘潭大学 信息工程学院,湘潭 411100

卫星由于故障、完全失效或任务结束而被放弃后,停留在空间将成为太空垃圾。与三轴稳定的合作目标不同,废弃卫星在空间摄动力作用下,随着能量耗散可能绕本体最大惯量轴慢旋,此时称为非合作慢旋目标[1-4]。完成非合作慢旋目标的空间在轨操控,空间机动平台须通过测量敏感器实现相对位姿态的确定[5-9]。

单目相机是最简单的光学传感器,是大部分航天器上的标准装备。相比于其他复杂的视觉传感器,单目相机是空间探测的有效载荷。近年来,国内外研究者将单目视觉SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)方法[10]进行扩展,成功应用到非合作目标的位姿测量中。Schniter等[11]提出基于EKF-SLAM (Extended Kalman Filter-SLAM) 的非合作航天器位姿估计方法,并进行了目标三维重构仿真。Augenstein等[12]提出一种基于FastSLAM的非合作目标位姿跟踪和外形重建算法。Chou等[13]将SURF (Speeded Up Robust Features)算法应用于航天器角点提取,并利用SLAM的光束平差方法优化位姿。Dor和Tsiotras[14]利用单目SLAM实现空间非合作目标的交汇对接,并基于半物理仿真环境验证算法的鲁棒性。Tweddle[15]提出ISAM (Incremental Smoothing and Mapping)方法的非合作目标最大惯性主轴测量方法。Thomas等[16]研究了一种单目SLAM算法,在更新相机的位置和姿态的同时,对目标的三维特征进行跟踪,用于轨道上卫星的近距离自主捕获任务。郝刚涛等[17]将单目SLAM的贝叶斯滤波轨迹方法应用到翻滚非合作目标相对位姿估计中。……