题目：基于合作目标的空间相对状态参数的自主测量

自20世纪80年代以来，空间航天器交会对接，一直是各国研究的热点。在航天器交会最后逼近段，两航天器的相对位置和姿态测量精确与否将直接影响到对接过程的成败。基于光学成像敏感器和先进的图像处理技术，利用合作目标进行位姿测量的方法具有功耗低、算法简单和近距离测量精度高等特点。在位于目标航天器上的合作目标结构已知的前提下，根据建立的视觉检测模型，通过安装在追踪航天器上的光电传感器所获得的关于合作目标上特征直线或者是特征点的成像信息，来确定出摄像机相对于合作目标的相对状态参数。因此，本文对基于合作目标的空间相对状态参数的单目视觉测量算法进行了深入研究，重点完成以下工作：1．合作目标的方案设计。针对现有合作目标构型在测量算法和图像处理技术中的局限性，本文提出了具有深度信息、由几何线元组成的双平面合作目标。仿真结果表明，由于深度信息的存在，利用该构型进行测量时，可以提高相对状态参数（尤其是深度方向）的测量精度。2．合作目标图像特征信息的全自动提取。针对自主交会对接的应用需要，本文设计了一套全自动、输出信息具有亚像素级精度的合作目标图像特征信息提取方案。该方案可以为相对位姿测量算法提供精确地输入信息。3．相对状态参数的单目视觉测量算法。本文提出了一种以基于圆环点的线性解为初值，利用具有几何深度信息的双平面合作目标构型，进行非线性优化求解的单目视觉位姿测量算法。仿真结果表明，该算法在仿真条件下实现了相对位置精度为 （10m以内）；相对姿态角误差 的要求，验证了算法的有效性和可靠性。