基于視慣融合的大型空間碎片質心位置辨識

姚金銘，李廣平，張慧博,*，田浩，游斌弟，戴士杰

1. 河北工業大學 省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室，天津 300401 2. 天津市微低重力環境模擬技術重點實驗室，天津 300301 3. 哈爾濱工業大學 航天學院，哈爾濱 150001 4. 哈爾濱工業大學(威海) 船舶與海洋工程學院，威海 264209

1 引言

隨著人類空間活動的發展，空間碎片的數量日益增多，與在軌航天器的碰撞概率逐漸增大[1-4]。其中，失效衛星和火箭末級等大型空間碎片在碰撞、解體后會產生碎片云，嚴重威脅在軌航天器安全，因此急需開展大型空間碎片移除任務[5-8]。大型空間碎片尺寸大都超過2 m，受地球引力、太陽光壓和殘余角動量的影響[9]，往往呈現出40 r/min的三軸翻滾運動[10]。若直接對空間碎片進行消旋、捕獲等接觸操作，會引起服務星失穩甚至失效，因此需要在接觸碎片前獲取其動力學參數。在碎片的動力學參數中，質心位置是最為重要的，它是建立服務星與目標星間坐標轉換關系、實現后續消旋和捕獲操作的關鍵。

雙目視覺是識別空間碎片質心位置的主流方法[5]。文獻[11-12]針對空間接近操作的第一階段[13]，利用雙目視覺獲取空間碎片特征點坐標，采用增量式平滑和建圖方法解決空間非合作目標的參數估計問題，并通過空間站試驗[14]證明該方法識別的質心位置三軸誤差小于5 mm。但是該方法將識別的特征點幾何中心視為目標質心，不符合實際。文獻[15-16]提出利用雙目視覺識別空間非合作目標的特征點位置和運動速度，進而利用剛體運動理論解算出空間碎片質心位置，并通過數值仿真證明該方法在不同旋轉矢量夾角下解算的質心位置三軸方差均小于0.061?！?br>