1.基于太阳帆板投影与模板匹配的小天体探测器位姿估计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a、建立导航及投影坐标系;
选取着陆点坐标系作为世界坐标系os-xsyszs,用于描述导航相机和其载体在空间中的具体位置;并假设探测器本体坐标系与导航相机坐标系oc-xcyczc重合,从着陆点坐标系转换到导航相机坐标系的变换关系记为
导航相机获取图像后,图像点在图像坐标系中的齐次坐标记为:u=[uv1]t;物体点在着陆点坐标系中的齐次坐标为:xs=[xyz1]t,物体点在导航相机坐标系中的齐次坐标为xc=[xcyczc1]t;图像坐标系中图像点在世界坐标系下的坐标为:
步骤b、基于导航图像提取的探测器太阳帆板投影信息求取探测器滚动角和俯仰角变化角度;
步骤c、基于步骤b得到的角度变化信息对前一时刻导航图像进行模板校正,得到校正后的模板图像;
步骤d、利用模板匹配得到校正后的模板图像与待匹配图像之间的旋转角度及位置变化,得到探测器的实时位姿信息。
2.根据权利要求1所述的基于太阳帆板投影与模板匹配的小天体探测器位姿估计方法,其特征在于:所述步骤b中,在解算探测器在不同时刻的滚动角和俯仰角信息时,具体采用以下方式:
(1)假设小天体探测器太阳帆板边缘形状为矩形,其中平行于导航相机ocxc轴的边长为n米,平行于导航相机ocyc轴的边长为m米;设探测器理想姿态σ0为滚动角γ=0,俯仰角
(2)将ti时刻探测器的姿态记为σi,获取导航图像中探测器太阳帆板长边投影长度|lni|及两边缘夹角角度θi,将|lni|及θi代入约束方程:
(3)同理,解算出ti+1时刻的γ0,i+1和
3.根据权利要求2所述的基于太阳帆板投影与模板匹配的小天体探测器位姿估计方法,其特征在于:所述步骤c中,在进行图像校正时,具体采用以下方式:
(1)引入图像校正坐标系对ti时刻导航图像进行旋转校正,图像校正坐标系与原始图像坐标系之间的转换关系如下:
(2)将上述转换关系代入由步骤b解算的
若ti时刻导航图像上某一点的坐标为(x0,y0),则在校正后的图像其对应该点的坐标为:(x1,y1),进而得到校正后图像上各点的坐标,得到模板图像。
4.根据权利要求3所述的基于太阳帆板投影与模板匹配的小天体探测器位姿估计方法,其特征在于:所述步骤c中,若计算得到的转换参数是非整数,则利用坐标转换公式对ti时刻图像进行转换时,进行插值操作:
f(x,y)表示校正后图像(x,y)处的像素值,q11(x1,y1)、q12(x1,y2)、q21(x2,y1)、q22(x2,y2)为点f(x,y)相邻已知四点像素值,则:
完成对ti时刻导航图像的校正。
5.根据权利要求4所述的基于太阳帆板投影与模板匹配的小天体探测器位姿估计方法,其特征在于:所述步骤d中,利用模板匹配解算探测器偏航角和位移信息时,具体采用以下方式:
(1)ti时刻校正后的导航图像f1(x,y)与ti+1时刻获取的导航图像f2(x,y)之间存在平移、旋转和缩放关系,即:
f2(x,y)=f1[a(xcosψ+ysinψ)-δx,a(-xsinψ+ycosψ)-δy]
对其进行傅里叶变换、频域幅度谱提取后,通过对-极数坐标变换,得到二者的互功率谱函数:
(2)对f2(x,y)进行旋转和缩放校正后,与f1(x,y)之间只存在平移关系,则再通过互功率谱的计算,得到平移量(δx,δy),重复步骤b至步骤d,解算出小天体探测器的实时位姿参数。