航天器成像探测快速精确位姿计算研究

当前各种空间探测器技术发展迅速，对地球及地外星体的观测成像能力越来越强，航天器载荷的图像数据正成为航天测控中多类信息的重要来源。视觉测量设备体积及能耗小、使用灵活，是视觉导航的可靠数据源，在航天领域航天器相对定位定姿中应用较广泛。对于航天器的飞行参数测量以及星体表面探测的运动参数测量，基于成像的测量方法相对传统无线电测量的突出优点是精度高。本课题根据现有航天器探测成像的特点和航天器运动参数中位置姿态测量的工程需求，综合计算机视觉的多视几何理论与摄影测量的理论，分析航天器成像规律，分析实时图像匹配定位方法，基于实时序列图像重建三维地形的匹配定位方法，提出基于实时图与基准图分析的航天器成像探测位姿参数计算相关理论和技术实现方法，推动航天器精确位姿参数测量和导航问题的更好解决，并探讨计算机视觉与航天器测控两个领域的交叉与融合，促进两个领域所形成交叉学科的进一步发展。

当前各种空间探测器技术发展迅速，对地球及地外星体的观测成像能力越来越强，航天器载荷的图像数据正成为航天测控中多类信息的重要来源。视觉测量设备体积及能耗小、使用灵活，是视觉导航的可靠数据源，在航天领域航天器相对定位定姿中应用较广泛。对于航天器的飞行参数测量以及星体表面探测的运动参数测量，基于成像的测量方法相对传统无线电测量的突出优点是精度高。本课题根据现有航天器探测成像的特点和航天器运动参数中位置姿态测量的工程需求，综合计算机视觉的多视几何理论与摄影测量的理论，分析航天器成像规律，分析实时图像匹配定位方法，基于实时序列图像重建三维地形的匹配定位方法，提出基于实时图与基准图分析的航天器成像探测位姿参数计算相关理论和技术实现方法，推动航天器精确位姿参数测量和导航问题的更好解决，并探讨计算机视觉与航天器测控两个领域的交叉与融合，促进两个领域所形成交叉学科的进一步发展。.课题研究中，主要开展了基于成像的探测器位姿计算与探测图像分析相关理论研究，研究了基于成像模型的航天器定位定姿的模型算法、不同传感器成像匹配技术、多视角图像三维重建方法、图像匹配与三维重建的快速计算方法、基于地形匹配的探测器定位方法，以仿真测试对相关理论和方法的严密可靠性进行了验证分析，形成了完整的理论与技术实现方法体系。.在基本理论算法基础上，在课题研究后期，针对单目合作目标、平面约束、飞行惯导数据支持等条件下的航天探测器位置解算的理论及关键技术进行了深入研究，解决了航天探测图像的图像匹配、精确位姿解算、快速图像分析等关键内容的技术攻关，形成了实验软件系统，并通过实际数据验证了探测器成像处理各项理论方法。.在研究过程中，基于实际航天飞行任务的嫦娥三号月球探测成像数据、无人机航飞探测成像数据、以及标准测试数据对算法进行了验证分析，基于分析结果对位姿解算算法、图像匹配算法等方法进行了进一步完善。.在研究过程中，课题中注重成果的总结，参加了多次国内外学术交流，发表了相应的学术论文和申请了多项发明专利，研究成果得到了同行的高度评价。