基于姿态加权核回归的航天器姿态估计

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1、2014年4月第40卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2014V01．40NO．4基于姿态加权核回归的航天器姿态估计张浩鹏姜志国(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：针对航天器相对姿态估计问题，提出了一种用于单目视觉成像系统的姿态估计方法．在传统核回归方法的基础上，采用训练数据在姿态空间的相似性对视觉输入(图像特征)空间的核函数进行加权，从而学习得到输入变量(图像特征)与目标变量(姿态)的联合概率分布函数，称为接受

2、函数．对于包含未知姿态航天器的图像，通过求取接受函数在姿态空间的最大值，得到目标航天器的姿态估计值．该方法仅需要训练数据学习模型，较其他基于视觉的方法限制更少．对比实验结果证明了该方法在姿态估计方面的优越性，卫星数据集上的实验结果验证了该方法用于航天器姿态估计的有效性．关键词：核回归；姿态估计；航天器；单目视觉中图分类号：V448．22；TP391．41文献标识码：A文章编号：1001-5965(2014)04—0494—06Spacecraftattitudeestimationbasedonattitude-weightedkerne

3、IregressionZhangHaopengJiangZhiguo(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Anattitudeestimationmethodformonocularvisionimagingsystemswasproposedtosolverela—tiveattitudeestimationproblemofspacecrafts．Onthebasisoftheor

4、iginalkernelregressionmodel，thesimi—larityoftrainingdataintheattitudespacewasusedtoweightkernelfunctionsoftheoriginalkernelregressionmodelinthevisualinput(imagefeature)space．Ajointprobabilitydistributionfunctionofinputvariables(imagefeatures)andtargetvariables(attitudes)w

5、aslearned，whichwascalledacceptancefunction．Givenimagescontainingspacecraftswithunknownattitudes，theestimatedattitudeofthetargetspacecraftcanbeob—tainedbymaximizingtheacceptancefunctionintheattitudespace．Theproposedmethodjustneedstrainingdatato1earntheulodel．SOithasfewer1i

6、mitsthanothervisionbasedmethods．Comparisonexperimentalre-sultsshowtheadvantageoftheproposedmethodinattitudeestimation．Theeffectivenessoftheproposedmeth-odforspacecraftattitudeestimationwasalsovalidatedbytheexperimentalresultsonsatelliteimagedataset．Keywords：kernelregressi

7、on；attitudeestimation；spacecraft；monocularvision视觉成像系统很早就被成功应用于航天领域．航天器上的成像载荷，不仅可以获取图像数据，同时可以用于实现多种航天任务．随着可见光、红外、激光、雷达等各种成像传感器性能的不断提高，更清晰、更高分辨率的图像数据被用于航天器的交会对接⋯、相对位置和姿态估计弘3I、卫星在轨服务‘41等任务．通过单目视觉系统或双目立体视觉系统获得目标航天器和平台之间相对姿态，是实现上述航天任务的基本前提．目前，基于视觉的姿态估计方法主要可分为收稿日期：2013_05-27；网

8、络出版时间：2013-09-2915：48；DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2013．0298网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．26