基于特征点位置及速度的空间非合作目标质心位置测量方法

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1、2011年8月宇航计测技术Aug，2011第3l卷第4期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol31，No4文章编号：1000—7202(201I)04—0022一05中图分类号：TB932文献标识码：A基于特征点位置及速度的空间非合作目标质心位置测量方法谢堂涛尚洋苑云(国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073；图像测量与视觉导航湖南省重点实验室，长沙410073)摘要对于空间非合作目标，地面上所用的质心位置测量方法难以实现。提出了一种应用摄像测量学实现质心位置测量的新方法。首先采用双相机对目标进行拍摄，通过特征点

2、的匹配计算目标表面上特征点的位置及速度；再通过这些特征点的位置及速度，结合刚体运动学理论，计算目标的质心位置。仿真结果表明，本方法可以有救地实现目标的质心位置测量。关键词质心测量特征点位置速度非合作目标MeasurementoftheCentroidforNoneooperateTargetBasedonFeaturePoints’PositionandVelocityXIETang-taoSHANGYangYUANYun(CollegeofAerospaeeandMaterialEn6neefing，NationalUniversityofDefenceTechnolog

3、y，Changsha410073HunanKeyLaboratoryofVideometricsandVisionNavigation，Changsha410073)AbstractFornoneooperatetargetinspace，it’Sdifficulttorealizethecentroidmeasurementontheground，anovelmethodthatappliesvideometrlestopositiontheeentroidofnoncooperatetargetispro-posed．First，takephotosofthetarge

4、tbybinocular，calculatethefeaturepoints’positionandvelocitybyfeaturematch．Then，togetherwithrigidkinematics，thecentmidofthetargetcanbepositionedbythefeaturepoints’positionandvelocity．Thesimulationshowsthatthisapproachvanpositiontheeentfiodoftargeteffieiendy．KeywordsCenterofmassmeasurementSig

5、naturepointPositionVelocityNoncooperationtarget1引言质心测量对于空间飞行器的导航及控制至关重要，确定其质心对于分析其运动特性具有重大意义⋯。目前，通用的质心测量方法主要有平台支撑反力法、摇摆法、悬挂法、重力反应法以及零位法收藕日期：201l一03—22，修回日期：2011—05—26基金项目：国家自然科学基金(60904084)作者简介：谢堂涛(1986一)，男，顼士，主要研究方向：摄像测量与视觉导航。第4期基于特征点位置及速度的宅间非合作目标质心位置测量方法等”J。这砦方法都是在地面，通过人为地改变目标的位置或运动状态，从而

6、实现目标质心位置的测量。但对于空间非合作目标，如故障卫星、失效卫星、空间碎片以及外方航天器等，若要通过这些方法进行质心位置测量，还必须对目标实施抓取并不断地对其施加作用力。另一方面，空间中的重力加速度极其微弱，很难有效地利用蘑力进行质心位置测量。空间中的目标一般为空间碎片及人造卫星，这些目标基本上都是刚体。在不失一般性的前提下，可假设所测量的非合作目标为刚体，刚体上点的运动可分解为质心的平动和绕质心的转动。传统的摄像测量方法可以测量目标表面上的一些物理量，无法深入目标的内部，求解目标的质心位置。本文则针对空间非合作目标，将摄像测量学与刚体运动学相结合，提出了一种利用特征点的

7、位置及速度来测量其质心位置的方法。本方法首先需要对目标进行双目立体视觉拍摄，通过特征点的匹配计算目标表面上特征点的位置和速度，再由这些特征点的速度计算目标的转动速度，进『叮计算出目标的质心。关于特征点的提取和匹配问题，已经有很多现成的算法可以采用：利用双相机结合同一时刻双相机图像之间的特征匹配可以计算特征点的位置，结合相邻时刻同一摄像机图像之间的特征匹配可以计算特征点的速度。故本文的论述重点在于取得特征点的位置及速度之后，如何获取目标的质心位置，以及质心位置测量方法的仿真验证。2目标质心位置测量方法2．1目标质心位