Monocular camera-based relative position and orientation estimation system for space targets
Year: 2025
Type: article
Abstract: 为提高测量系统的稳定性及精度，实现航天器超近距离高精度对接，本文提出了一种基于单相机及合作靶标的相对位姿测量系统，用于双星间相对位置及姿态的高精度测量。通过设计追踪星视觉相机及目标星LED合作靶标，在双星距离为50米到0.4米的范围内，实现了高精度的相对位姿测量。首先，通过设计的远近场LED靶标，实现了相机与靶标间的协同工作，保证在50米到0.4米的距离均能清晰成像；其次，根据设计的靶标特性，提出了多尺度质心提取算法，利用斜率一致性约束与间距比筛选，在复杂光照下稳定获取特征目标；最后，结合靶标几何约束的初值估计，实现了目标星相对于追踪星的位姿解算，为进一步提高测量精度，引入非线性优化方法对位姿结果进行迭代优化，有效降低了测量误差。试验结果表明，系统测量精度由远及近逐渐提高，在距离为0.4米时，位置测量精度优于1毫米，姿态测量精度优于0.2度，满足超近距离对接任务需求。本方案为空间在轨目标相对位姿测量提供了高精度、高稳定性的技术支撑，具有重要的工程应用价值。
Source: Chinese Optics
Authors: Shuai ZHI, Guo-peng DING, Shi-hao HAN, Yong-he ZHANG, Zhen-cai ZHU
Language: English
Subfield: Aerospace Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: hybrid
OpenAlex ID: W4412732879