一种基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法与流程

技术特征：

1.一种基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法，采用激光成像雷达作为测量设备，实现对无明显特征的非合作目标相对位姿测量，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据非合作航天器模型建立精密点云模型库

将已知构型的非合作航天器通过UGS NX 7.0软件进行表面网格划分，生成由不同点云密度构成的点云模型数据库；

步骤2，根据激光成像雷达获取可视部位点云数据

根据任务需求，合理设计激光成像雷达参数，然后通过激光成像雷达对非合作航天器可视部位成像获得可视部位三维点云数据；

步骤3，对可视部位点云数据进行预处理

主要通过双边滤波算法过滤掉孤立点和混杂点，得到无噪声影响的点云数据；

步骤4，将可视部位点云数据与精密点云模型数据进行粗配准

通过计算每个点处的法向量、主曲率以及相应的主方向向量，应用相似性度量原理实现可视部位点云数据与点云密度间隔最小的精密点云进行粗配准，确定初始位置姿态；

步骤5，采用ICP算法进行点云精配准确定最优相对位置姿态

根据初始位姿，判断激光成像雷达距离目标的大致距离，然后自适应选择模型库中相应密度的点云，利用ICP算法进行高精度配准得到最优的相对位置姿态。

2.根据权利要求1所述的基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法，其特征在于，所述的步骤1，对已知模型进行表面网格划分，生成由不同点云密度构成的点云模型数据库，具体如下：假定激光成像雷达作用距离范围为L₁～L₂，单位是米，激光成像雷达视场角为α×β，单位是度，成像点数为M×N，那么将作用距离段分成n等份，则距离区间分别记为：

然后计算不同距离下的可视部位点云间隔，具体如公式(2)所示：

根据不同距离下的点云间隔，设定已知模型的点云间隔如公式(3)所示，与公式(2)相比，模型点云间隔比可视部位点云间隔小一个数量级；

根据公式(3)依据最小化原则确定的n个点云密度间隔如公式(4)所示：

最后，依据确定的n个点云密度间隔分别对已知模型点云运行网格划分，得到由n组点云(点云序号分别为1,2,3,...,i,...,n)构成的数据库。

3.根据权利要求2所述的基于激光成像雷达的非合作航天器相对位姿测量方法，其特征在于，所述的步骤5，根据初始位姿自适应选择待匹配模型点云，利用ICP算法进行高精度配准得到最优的相对位置姿态，具体为：假定经过粗配准确定位置矢量T(T_x,T_y,T_z)和姿态矩阵R，然后计算欧式距离判断该距离所在的距离区间，假定落在区间内，则选择模型库中第i组点云利用ICP算法进行精配准。