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Pose Estimation of Non-Cooperative Spacecraft from LiDAR: Comparison of Methods Based on Point Correspondences

Tecchia, Clemente und Piccinin, Margherita und Nocerino, Alessia und Opromolla, Roberto und Hillenbrand, Ulrich (2025) Pose Estimation of Non-Cooperative Spacecraft from LiDAR: Comparison of Methods Based on Point Correspondences. In: AIAA SciTech 2025 Forum, Seite 1416. American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA SciTech Forum, 2025-01-06 - 2025-01-10, Orlando, FL, USA. doi: 10.2514/6.2025-1416. ISBN 978-1-62410-723-8.

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Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.2025-1416

Kurzfassung

This paper deals with LiDAR-based pose estimation of a known, non-cooperative spacecraft in mission scenarios requiring close-proximity robotics operations, like On-Orbit Servicing and Active Debris Removal. Attention is focused on classical methods, which today are still relevant in the space domain, being the only solution for safety-critical real-time applications that is space-qualifiable with recognized standards. In this work, different classical algorithms for global pose estimation are compared. We study variants of methods, both known and new ones, which support RANSAC search by guiding point correspondences between measured and model point clouds, using point-normal structures as local features (FPFH) or as non-local primitives (PPF). We also compare these methods to Fast Global Registration (FGR) which treats global registration as a robust optimization problem without assigning hard correspondences. For all the approaches, after the global pose initialization, the estimate is refined using the point-to-plane Iterative Closest Point (ICP) algorithm. The pose estimation pipeline also includes additional evaluation steps to resolve pose ambiguities. All methods are tested using a dataset of synthetic partial and sparse point clouds obtained with a LiDAR data simulator. The methods based on point correspondences outperform FGR by a large margin. Excluding FGR, they are all promising candidates for the considered application with some slight differences in speed and accuracy.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211604/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Pose Estimation of Non-Cooperative Spacecraft from LiDAR: Comparison of Methods Based on Point Correspondences
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tecchia, Clementeclemente.tecchia (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Piccinin, MargheritaMargherita.Piccinin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4578-2942175162124
Nocerino, AlessiaUniversity of Naples "Federico II"NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Opromolla, RobertoUniversity of Naples "Federico II"NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hillenbrand, UlrichUlrich.Hillenbrand (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Januar 2025
Erschienen in:AIAA SciTech 2025 Forum
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2025-1416
Seitenbereich:Seite 1416
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics
Name der Reihe:AIAA Scitech Forum
ISBN:978-1-62410-723-8
Status:veröffentlicht
Stichwörter:spacecraft pose estimation, LiDAR, classical methods
Veranstaltungstitel:AIAA SciTech Forum
Veranstaltungsort:Orlando, FL, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:6 Januar 2025
Veranstaltungsende:10 Januar 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - RICADOS++ [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Perzeption und Kognition
Hinterlegt von: Piccinin, Margherita
Hinterlegt am:07 Jan 2025 12:17
Letzte Änderung:07 Jan 2025 12:17

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