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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利一种基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量方法及系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116929305B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-12发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310859216.2，技术领域涉及：G01C11/00；该发明授权一种基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量方法及系统是由张泽旭;陈香贵;郭鹏;袁帅;苏宇;王艺诗;袁萌萌设计研发完成，并于2023-07-13向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量方法及系统在说明书摘要公布了：一种基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量方法及系统，涉及航天器相对导航及位姿估计技术领域。为了解决空间非合作目标在轨维护、主动清除空间碎片、捕获非合作目标卫星等任务过程中近距离相对导航问题。对追踪航天器与目标航天器的相对运动进行动力学建模；量测模型建立，提取目标特征点，基于目标特征约束集建立特征约束方程；选取待估计参数，包括非合作目标位姿参数及惯性参数；扩展卡尔曼滤波器设计；位姿参数及惯性参数估计；空间非合作目标位姿及惯性参数测量系统设计。本发明采用单目相机作为测量传感器，提取目标特征点，建立目标特征之间的多种约束关系从而形成特征约束集，将约束集作为伪测量输入到滤波器中以提高观测信息量，最终实现空间非合作目标的运动参数和惯性参数快速确定。

本发明授权一种基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量方法及系统在权利要求书中公布了：1.一种基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量方法，所述方法步骤如下： 定义参考坐标系：地心赤道惯性坐标系系：原点位于地球质心，轴指向春分点方向；轴指向地球北极方向；轴根据右手定则确定； LVLH坐标系系：追踪航天器质心为坐标系原点，轴由地心指向追踪航天器质心方向；轴在轨道面内，垂直于轴且与速度方向夹角为锐角；轴根据右手定则确定； 追踪航天器体坐标系系：以追踪航天器质心为坐标系原点的体坐标系，追踪航天器体坐标系坐标轴与惯性主轴重合； 目标航天器体坐标系系：以目标航天器质心为原点，假设该坐标系与目标惯性主轴重合；设最小惯量主轴为轴，最大惯量主轴为轴，轴根据右手定则确定； 相机坐标系系：以相机光心为坐标原点，以相机光轴为轴，轴，轴平行于像平面； 对追踪航天器与目标航天器的相对运动进行动力学建模； 构建量测模型，提取目标特征点，构建目标特征约束从而建立特征约束方程，基于单目视觉量测模型，寻找目标特征之间的多种约束关系建立特征约束集方程； 基于对目标特征之间的多种约束关系建立特征约束集方程，将约束方程加入量测方程中，提高量测信息量，从而提高目标估计精度； 选取待估计参数，包括非合作目标位姿参数及惯性参数；基于不同的特征约束量测模型设计拓展卡尔曼滤波器对目标位姿参数及惯性参数进行估计； 基于目标特征对空间非合作目标位姿参数及惯性参数滤波估计，最后设计空间非合作目标位姿及惯性参数测量模型，从而实现基于特征约束集的单目视觉空间非合作目标相对位姿测量； 建立基于单目视觉的量测模型，提取目标特征点，对目标特征之间的多种约束关系建立特征约束集方程，具体如下： 1假设相机的投影中心与追踪航天器质心重合，选择目标上个特征点坐标作为观测的测量值，则在追踪航天器本体系下： 7 式中：：在追踪航天器体坐标系下目标特征点的位置矢量；：在追踪航天器体坐标系下追踪航天器质心到目标质心的矢量；：目标特征点在目标体坐标系下位置矢量；：目标特征点； 2假设目标特征点在图像上的投影坐标为，目标特征点在目标体坐标系下坐标为，目标特征点在相机坐标系下坐标为，则每个相机坐标系下目标特征点矢量转到追踪航天器体坐标系下表示为：，为相机坐标系到追踪航天器本体系的旋转矩阵；在相机坐标系下目标特征点与图像投影坐标关系为： 根据射影几何原理，第个特征点在图像中的坐标为： 8 图像坐标用像素单位表示为： 9 其中为相机焦距，是主点的像素坐标，和分别表示水平和垂直像素密度； 3系统观测方程为，为测量传感器噪声；用方程表达式代表个不同的伪测量方程；则约束集观测方程可表示为： 10 所述的目标特征之间的多种约束关系建立特征约束集方程为：当特征点中部分特征为共线约束时，建立共线约束方程，假设为目标质心，特征点，….，共线，特征点对应矢量为，，当时， 则共线约束方程为：11 所述的目标特征之间的多种约束关系建立特征约束集方程为，当特征点中部分特征为圆约束方程时，建立共圆约束方程，假设为目标质心，特征点，….共面且构成圆，半径为； 则圆约束方程为：12 所述的目标特征之间的多种约束关系建立特征约束集方程为：当特征点中部分特征为共面约束方程时，建立共面约束方程，，，，为目标上共面四个特征点，取四个特征点中任意三点构成两个平面，，分别为两平面的法向量； 则共面约束方程为： 13 由式10-13得特征约束集观测方程为： 14 通过对目标特征之间的多种不同约束关系建立特征约束集方程，将约束集作为伪测量输入到滤波器中，用于提高观测信息量，实现运动参数和惯性参数快速确定。

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