基于空間非合作目標(biāo)的交會對接問題一直是一個老生常談的話題,基于該技術(shù)的燃料加注、太空碎片清理等任務(wù)也層出不窮,而本文要做的,就是解決交會對接過程中的相對導(dǎo)航問題,即目標(biāo)星相對于服務(wù)星的位姿解算問題。本文使用Kinect模擬單目相機(jī)和掃描式激光雷達(dá)的融合,獲得彩色的密集點云數(shù)據(jù),可達(dá)610數(shù)量級。在驗證全文算法時借助了斯坦福bunny數(shù)據(jù)。本文對龐大的點云數(shù)據(jù)建立了多維樹狀結(jié)構(gòu),并對原始點云數(shù)據(jù)進(jìn)行降采樣,以此為基礎(chǔ)展開了接下來的算法。本文首先對目標(biāo)星進(jìn)行提取,目的是為交會對接過程中的對接環(huán)等位置的識別打下基礎(chǔ)。本文采用基于凹凸性的點云分割方案,在無需數(shù)據(jù)訓(xùn)練的情況下,實現(xiàn)了目標(biāo)與背景的分離,并可以將目標(biāo)粗略的按照物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行部件間的分割,對算法性能進(jìn)行了定量分析。測量系統(tǒng)的難點在于特征提取和位姿解算算法。本文采用基于點云配準(zhǔn)的位姿解算方案,對經(jīng)典的ICP(Iterative Closest Point)算法進(jìn)行了優(yōu)化,克服了ICP算法對于初始點集重疊度要求高等障礙,并在短時間內(nèi)完成迭代過程。本文采用快速點特征直方圖進(jìn)行特征提取,采用FLANN(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)確立對應(yīng)點集,采用SVD(singular value decomposition)算法進(jìn)行初始配準(zhǔn),并通過ICP迭代完成最終的位姿精算過程。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TN958.98;TB852.1
【部分圖文】：

圖 1-1 太空視覺系統(tǒng)（SVS） 在軌方案：帶有運動學(xué)冗余機(jī)械臂的服務(wù)星（左）和傾斜的目作系統(tǒng)日漸成熟。主動清除殘損物（ADR）的終極目（OOS）任務(wù)的能力毫無疑問有著引人注目的前景。 和 OOS 都是用來抓取并且固定非合作傾斜目標(biāo)的。例

2T 在軌方案：帶有運動學(xué)冗余機(jī)械臂的服務(wù)星（左）和傾斜的目作系統(tǒng)日漸成熟。主動清除殘損物（ADR）的終極目（OOS）任務(wù)的能力毫無疑問有著引人注目的前景。 和 OOS 都是用來抓取并且固定非合作傾斜目標(biāo)的。例通過放置在衛(wèi)星上的機(jī)械臂來抓取它。另一邊是一個非合作目標(biāo)既無法控制又不能展示設(shè)計好的特征供抓捕新奇的任務(wù)（例如 ETS-VII，Orbital Express（合作目投身于這項任務(wù)中，德國的 DEOS，ESA 的 eDeorbit美國的 Phoenix、哈勃望遠(yuǎn)鏡機(jī)器人修復(fù)、日本的空S、AVGS 和 Next Generation Video Guidance Sensor 公司開發(fā)的 TriDAR 于 2006 年開始研發(fā)，至今在硬件，并成功應(yīng)用于哈勃機(jī)器人的離軌模塊中。TriDAR 融三角測量。位置誤差小于0.12m，姿態(tài)誤差小于0.36 。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文1.3.2 激光雷達(dá)通過計算出射光與入射光的時間得到目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離。其精度高于激光跟蹤儀，而且速度為激光跟蹤儀的二十到三十倍。掃描式激光雷達(dá)在測量運動目標(biāo)時會導(dǎo)致運動失真�，F(xiàn)階段常見的掃描方式包括 Lissajous、Rosette 和 Spiral 等[19]，加拿大 Neptec 的 LCS 系統(tǒng)[20]使用LASSO 軟件可實現(xiàn) 6自由度位姿測量。
【參考文獻(xiàn)】

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1 張曉;張愛武;;基于圖像的點云初始配準(zhǔn)[J];計算機(jī)工程與設(shè)計;2014年10期

2 梁斌;杜曉東;李成;徐文福;;空間機(jī)器人非合作航天器在軌服務(wù)研究進(jìn)展[J];機(jī)器人;2012年02期

3 戴靜蘭;陳志楊;葉修梓;;ICP算法在點云配準(zhǔn)中的應(yīng)用[J];中國圖象圖形學(xué)報;2007年03期

4 張世杰;曹喜濱;陳閩;;非合作航天器間相對位姿的單目視覺確定算法[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 趙連軍;基于目標(biāo)特征的單目視覺位置姿態(tài)測量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2014年

2 張永亮;面向非合作目標(biāo)的自主空間飛行器圖像信息處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

本文編號：2851282