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基于单站地基望远镜的空间目标姿态估计方法

李正炜 王建立 吴元昊 王国聪 刘帅

李正炜, 王建立, 吴元昊, 王国聪, 刘帅. 基于单站地基望远镜的空间目标姿态估计方法[J]. 中国光学, 2016, 9(3): 371-378. doi: 10.3788/CO.20160903.0371
引用本文: 李正炜, 王建立, 吴元昊, 王国聪, 刘帅. 基于单站地基望远镜的空间目标姿态估计方法[J]. 中国光学, 2016, 9(3): 371-378. doi: 10.3788/CO.20160903.0371
LI Zheng-wei, WANG Jian-li, WU Yuan-hao, WANG Guo-cong, LIU Shuai. Method of attitude estimation for space object based on single ground-based telescope[J]. Chinese Optics, 2016, 9(3): 371-378. doi: 10.3788/CO.20160903.0371
Citation: LI Zheng-wei, WANG Jian-li, WU Yuan-hao, WANG Guo-cong, LIU Shuai. Method of attitude estimation for space object based on single ground-based telescope[J]. Chinese Optics, 2016, 9(3): 371-378. doi: 10.3788/CO.20160903.0371

基于单站地基望远镜的空间目标姿态估计方法

doi: 10.3788/CO.20160903.0371
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 2013AA8083042

详细信息
    作者简介:

    李正炜(1988-),男,福建龙岩人,博士研究生,2010年于中国科技大学获得学士学位,2013年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位,主要从事光学成像探测和数字图像处理等方面的研究。E-mail:lzw55555@mail.ustc.edu.cn

    通讯作者:

    王建立(1971—),男,山东曲阜人,研究员,博士生导师,主要从事空间目标探测技术和地基高分辨率成像望远镜总体技术等方面的研究。E-mail:wangjianli@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TP394.1

Method of attitude estimation for space object based on single ground-based telescope

Funds: 

Supported by National High-tech R&D Program of China 2013AA8083042

  • 摘要: 为实现从单站光测图像中估计出已知3D模型的空间目标姿态,利用Vega Prime提出了一种采用仿真图像进行相关度局部最优搜索的姿态估计方法,该方法无需建立2D-3D特征投影关系和大量的模型匹配库。首先,对输入图像进行图像预处理,获得目标原始图像。然后,利用Vega Prime加载目标3D模型生成仿真匹配图像,并进行图像预处理获得目标匹配图像,计算两幅图像相关度。最后,更新3D目标模型姿态,直至仿真匹配图像与目标原始图像的相关度值取得局部最优,输出目标模型姿态。仿真实验结果表明,采用本文所提方法的观测仿真图像姿态平均估计误差为3.85°,仿真原图可实现姿态准确估计,表明该方法是一种空间目标姿态估计的有效方法。
  • 图  1  观测坐标系

    Figure  1.  Coordinate of observation

    图  2  目标三维姿态

    Figure  2.  3D attitude of target

    图  3  Vega Prime系统结构图

    Figure  3.  System structure of Vega Prime

    图  4  Vega Prime运行流程

    Figure  4.  Operational scheme of Vega Prime

    图  5  姿态估计算法流程

    Figure  5.  Flow chart of the attitude estimation algorithm

    图  6  姿态估计软件

    Figure  6.  Attitude estimation software

    图  7  目标基准姿态

    Figure  7.  Basic attitude of target

    图  8  原始仿真图像

    Figure  8.  Original simulation image

    图  9  偏航角方向相关度值R变化曲线

    Figure  9.  Change curve of correlation value on yaw angle

    图  10  俯仰角方向相关度变化曲线

    Figure  10.  Change curve of correlation value on pitch angle

    图  11  滚转角方向相关度变化曲线

    Figure  11.  Change curve of correlation value on roll angle

    图  12  仿真观测图像

    Figure  12.  Observation simulation image

    表  1  仿真观测图像姿态估计结果

    Table  1.   Attitude estimation result comparison of the original image and observation simulation image

    理论姿态(θ,φ,γ)仿真观测图像估计结果 (θs,φs,γs)仿真观测图像估计误差 (Δθs,Δφs,Δγs)
    (0,0,0) (3.97,3.06,4.76) (3.97,3.06,4.76)
    (5,10,5) (5.71,9.13,3.72) (0.71,0.87,1.28)
    (10,15,10) (6.21,17.71,9.72) (3.79,2.71,0.28)
    (15,15,15) (18.80,18.37,9.69) (3.80,3.37,5.31)
    (10,20,30) (11.12,22.73,24.78) (1.12,2.73,5.22)
    (25,25,25) (24.31,26.69,23.21) (0.69,1.69,1.79)
    (40,40,40) (48.23,49.92,31.93) (8.23,9.92,8.07)
    (50,50,50) (57.93,50.84,48.76) (7.93,0.84,1.24)
    (60,60,60) (64.26,59.44,55.76) (4.26,0.56,4.24)
    (70,70,70) (75.90,76.02,77.75) (5.90,6.02,7.75)
    (100,100,90) (93.04,105.19,93.86) (6.96,5.19,2.86)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-22
  • 修回日期:  2016-02-23
  • 刊出日期:  2016-01-25

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