一种小天体旋转参数估计方法

发布时间：2024-04-15 20:25

　　小天体旋转参数是科学数据,也是小天体测绘,着陆导航的基础数据.研究一种在小天体探测接近段过程中使用的基于图像上特征点跟踪和扩展卡尔曼滤波器的小天体旋转参数估计方法.该方法首先建立小天体旋转关系模型,表示小天体在相机坐标系中的姿态变化;然后定义小天体旋转的状态方程,推到了扩展卡尔曼滤波器的计算过程.通过对观测图像序列上的特征点跟踪,利用扩展卡尔曼滤波器方法得到小天体旋转轴指向和自转角速度估计.实验中,在仿真相机与小天体相机100 km距离上,分析了相机坐标系小天体坐标系之间的四元数初值,图像上特征点跟踪精度,相机的观测指向等因素对小天体旋转参数估计精度的影响.实验结果表明,提出的基于图像特征点跟踪和扩展卡尔曼滤波器的小天体旋转参数估计方法能够得到具有较高精度的估计结果.

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【部分图文】：

图1坐标系的定义

用四元数表示相机坐标系与小天体坐标系之间的姿态关系．对于一个四元数q，其数学代数形式为:q=q1+iq2+jq3+kq4，去满足正交化约束如果一个物体绕其xyz三个轴以角速度ωt=(ωx(t)，ωy(t)，ωz(t))旋转，那么对应的旋转矩阵为:

图2扩展卡尔曼滤波器计算过程

扩展卡尔曼滤波器的计算过程如图2所示:3实验结果

图3在67p彗星上选取的特征点

特征点选取:在三维模型上选择4个特征点，如图3所示，这些特征点在小天体坐标系下的坐标:观测值:已知特征点的三维坐标，利用三维重建后得到的相机外参数和相机本身的内参数，可以计算出特征点在每一幅图像上的坐标．

图4相机与67p彗星相距100km时，四元数初值对旋转参数估计精度的影响

在设置67彗星坐标系到相机坐标系的三轴旋转关系为(-45°，0°，0°)，对四元数逐步加入5°、10°、20°的偏差，对67p旋转轴估计误差如图4所示．实验结果表明，在距离目标100km时，用本文方法估计67p旋转轴指向对于四元数初值误差不敏感．3.3特征点跟踪精度对旋转参数....

本文编号：3955911