火星车是探测火星的重要探测器,在地面模拟低重力环境下进行动力学性能的实验尤为重要。在地面模拟低重力环境中悬吊法是一种高效便捷的方法,悬吊法需要提前得知被测物体运动的位姿信息从而准确地跟踪并进而重力补偿,如何能够实时准确的获取被测物体的位姿信息一直是悬吊法中的研究难点和热点。本课题来源于《火星车组合面移动性能试验系统》,针对悬吊法中的位姿信息测量研究了视觉位姿测量系统,具有重要的理论意义和应用价值。视觉位姿测量系统的主要功能是实时测量火星车的位姿信息变化,本论文首先分析了在低重力环境模拟中现有的位姿测量方法的研究现状,通过比较各个方法的优缺点并根据项目的指标要求确定了采用单目视觉位姿测量方法,并给出了测量系统的总体方案设计。在总体方案基础上,介绍了基于高斯函数区域拟合并结合双线性插值的特征点质心定位方法;在运动视觉分析后,利用P3P算法解算位姿信息;结合火星车低重力模拟系统的总体布局,建立了测量坐标系变换的数学模型,可以实现火星车下吊点位置的实时计算;设计旋转云台机构,消除了传统悬吊法中被测物体360?连续旋转时吊索对视觉系统的遮挡问题。详细地设计硬件和软件系统,包括图像特征点提取、通讯模块的设计;考虑到系统可靠性的要求,采取了主从系统互为热备份的设计,并详细地分析了系统可能出现的故障以及相应的异常处理措施。然后标定了相机内参、光轴竖直度、旋转云台中心平移量,在搭建的实验平台上进行了图像特征点定位稳定性、位姿解算重复性、三维坐标移动量测量精度测试实验,验证了该系统的可行性并满足了技术指标。最后将本系统应用到火星车低重力模拟实验中,跟踪误差满足技术指标,安全有效的完成了模拟实验。