小天體旋轉(zhuǎn)參數(shù)是科學(xué)數(shù)據(jù),也是小天體測繪,著陸導(dǎo)航的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).研究一種在小天體探測接近段過程中使用的基于圖像上特征點(diǎn)跟蹤和擴(kuò)展卡爾曼濾波器的小天體旋轉(zhuǎn)參數(shù)估計方法.該方法首先建立小天體旋轉(zhuǎn)關(guān)系模型,表示小天體在相機(jī)坐標(biāo)系中的姿態(tài)變化;然后定義小天體旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)方程,推到了擴(kuò)展卡爾曼濾波器的計算過程.通過對觀測圖像序列上的特征點(diǎn)跟蹤,利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器方法得到小天體旋轉(zhuǎn)軸指向和自轉(zhuǎn)角速度估計.實(shí)驗(yàn)中,在仿真相機(jī)與小天體相機(jī)100 km距離上,分析了相機(jī)坐標(biāo)系小天體坐標(biāo)系之間的四元數(shù)初值,圖像上特征點(diǎn)跟蹤精度,相機(jī)的觀測指向等因素對小天體旋轉(zhuǎn)參數(shù)估計精度的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的基于圖像特征點(diǎn)跟蹤和擴(kuò)展卡爾曼濾波器的小天體旋轉(zhuǎn)參數(shù)估計方法能夠得到具有較高精度的估計結(jié)果.

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖1坐標(biāo)系的定義

用四元數(shù)表示相機(jī)坐標(biāo)系與小天體坐標(biāo)系之間的姿態(tài)關(guān)系．對于一個四元數(shù)q，其數(shù)學(xué)代數(shù)形式為:q=q1+iq2+jq3+kq4，去滿足正交化約束如果一個物體繞其xyz三個軸以角速度ωt=(ωx(t)，ωy(t)，ωz(t))旋轉(zhuǎn)，那么對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣為:

圖2擴(kuò)展卡爾曼濾波器計算過程

擴(kuò)展卡爾曼濾波器的計算過程如圖2所示:3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3在67p彗星上選取的特征點(diǎn)

特征點(diǎn)選取:在三維模型上選擇4個特征點(diǎn)，如圖3所示，這些特征點(diǎn)在小天體坐標(biāo)系下的坐標(biāo):觀測值:已知特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，利用三維重建后得到的相機(jī)外參數(shù)和相機(jī)本身的內(nèi)參數(shù)，可以計算出特征點(diǎn)在每一幅圖像上的坐標(biāo)．

圖4相機(jī)與67p彗星相距100km時，四元數(shù)初值對旋轉(zhuǎn)參數(shù)估計精度的影響

在設(shè)置67彗星坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的三軸旋轉(zhuǎn)關(guān)系為(-45°，0°，0°)，對四元數(shù)逐步加入5°、10°、20°的偏差，對67p旋轉(zhuǎn)軸估計誤差如圖4所示．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在距離目標(biāo)100km時，用本文方法估計67p旋轉(zhuǎn)軸指向?qū)τ谒脑獢?shù)初值誤差不敏感．3.3特征點(diǎn)跟蹤精度對旋轉(zhuǎn)參數(shù)....

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