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Lidar Pose Tracking of a Tumbling Spacecraft Using the Smoothed Normal Distribution Transform

Renaut, Léo und Frei, Heike und Nüchter, Andreas (2023) Lidar Pose Tracking of a Tumbling Spacecraft Using the Smoothed Normal Distribution Transform. Remote Sensing, 15 (9), Seite 2286. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs15092286. ISSN 2072-4292.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

Lidar sensors enable precise pose estimation of an uncooperative spacecraft in close range. In this context, the iterative closest point (ICP) is usually employed as a tracking method. However, when the size of the point clouds increases, the required computation time of the ICP can become a limiting factor. The normal distribution transform (NDT) is an alternative algorithm which can be more efficient than the ICP, but suffers from robustness issues. In addition, lidar sensors are also subject to motion blur effects when tracking a spacecraft tumbling with a high angular velocity, leading to a loss of precision in the relative pose estimation. This work introduces a smoothed formulation of the NDT to improve the algorithm's robustness while maintaining its efficiency. Additionally, two strategies are investigated to mitigate the effects of motion blur. The first consists in un-distorting the point cloud, while the second is a continuous-time formulation of the NDT. Hardware-in-the-loop tests at the European Proximity Operations Simulator demonstrate the capability of the proposed methods to precisely track an uncooperative spacecraft under realistic conditions within tens of milliseconds, even when the spacecraft tumbles with a significant angular rate.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196288/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Lidar Pose Tracking of a Tumbling Spacecraft Using the Smoothed Normal Distribution Transform
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Renaut, LéoLeo.Renaut (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0726-299X139584211
Frei, HeikeHeike.Frei (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0836-9171NICHT SPEZIFIZIERT
Nüchter, Andreasandreas.nuechter (at) uni-wuerzburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 April 2023
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.3390/rs15092286
Seitenbereich:Seite 2286
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:pose tracking, uncooperative space rendezvous, lidar, normal distribution transform
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - RICADOS++ [RO], R - Projekt ScOSA Flugexperiment
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Raumflugbetrieb und Astronautentraining > Raumflugtechnologie
Hinterlegt von: Renaut, Leo Tullio Richard
Hinterlegt am:31 Jul 2023 10:11
Letzte Änderung:31 Jul 2023 10:11

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