空間交會對接在航天器在軌服務(wù)、空間攻防以及廢棄航天器清除等任務(wù)中占有重要的地位。為降低空間交會對接任務(wù)中對地面站的依賴性,跟蹤航天器需要具備對交會目標(biāo)運動狀態(tài)測量的能力。利用視覺系統(tǒng)獲取交會目標(biāo)運動狀態(tài)時,不同觀測距離下交會目標(biāo)的圖像特征具有較大差異,采用的圖像處理算法與運動參數(shù)測量方法也有所不同,尤其在非合作航天器及其柔索結(jié)構(gòu)的運動狀態(tài)測量上存在不少問題有待解決。非合作航天器不具備輔助測量的標(biāo)志,其柔索結(jié)構(gòu)的圖像灰度均勻無紋理,對這兩類目標(biāo)在不同距離下進(jìn)行圖像提取與跟蹤測量具有較大難度,因此本文對自主交會過程中不同測量距離下非合作航天器及其柔索結(jié)構(gòu)的圖像提取算法與運動參數(shù)測量方法存在的難點進(jìn)行研究,主要工作如下:針對真實天基觀測圖像來源涉密、場景及數(shù)量受限的問題,對空間目標(biāo)天基觀測圖像的仿真方法開展研究。建立了空間目標(biāo)動力學(xué)模型與天基光學(xué)可見性約束模型,實現(xiàn)了對不同觀測距離下空間目標(biāo)與柔索結(jié)構(gòu)的天基觀測圖像仿真,為后續(xù)空間目標(biāo)與柔索結(jié)構(gòu)的圖像處理算法與運動參數(shù)確定算法研究提供了數(shù)據(jù)來源與模擬環(huán)境。在遠(yuǎn)距離觀測下交會對象的圖像特征呈光點狀,為實現(xiàn)基于這種圖像特征的空間目標(biāo)軌道確定,分別... 

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的背景及研究的意義
    1.2 遠(yuǎn)場中基于天基觀測圖像的軌道確定方法研究現(xiàn)狀
    1.3 近場中非合作航天器相對姿態(tài)確定方法研究現(xiàn)狀
    1.4 航天器柔索結(jié)構(gòu)運動測量方法研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 空間目標(biāo)天基觀測圖像仿真方法
    2.1 引言
    2.2 空間目標(biāo)運動的參考坐標(biāo)系與坐標(biāo)系變換關(guān)系
        2.2.1 空間目標(biāo)運動的參考坐標(biāo)系
        2.2.2 空間目標(biāo)運動的坐標(biāo)系變換關(guān)系
    2.3 空間目標(biāo)動力學(xué)模型
        2.3.1 空間目標(biāo)軌道動力學(xué)模型
        2.3.2 空間目標(biāo)姿態(tài)運動學(xué)與動力學(xué)模型
        2.3.3 基于絕對節(jié)點坐標(biāo)法的柔索動力學(xué)模型
    2.4 天基光學(xué)觀測可見條件
    2.5 空間目標(biāo)圖像合成方法
        2.5.1 虛擬相機成像模型
        2.5.2 OpenGL圖形渲染流程
        2.5.3 空間目標(biāo)仿真圖像生成
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于天基觀測圖像的空間目標(biāo)軌道確定方法
    3.1 引言
    3.2 恒星跟蹤模式下條紋狀空間目標(biāo)圖像提取
        3.2.1 適用于空間目標(biāo)條紋分割的最大類間方差改進(jìn)法
        3.2.2 基于形態(tài)學(xué)的空間目標(biāo)條紋端點提取方法
        3.2.3 仿真實驗結(jié)果與誤差分析
    3.3 極短弧觀測數(shù)據(jù)下的空間目標(biāo)初軌確定
        3.3.1 空間目標(biāo)觀測方向向量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換
        3.3.2 基于遺傳算法的空間目標(biāo)初始軌道參數(shù)優(yōu)化求解模型
        3.3.3 仿真實驗結(jié)果與分析
    3.4 基于容積卡爾曼濾波的空間目標(biāo)軌道改進(jìn)
        3.4.1 空間目標(biāo)軌道改進(jìn)基本方程的建立
        3.4.2 容積卡爾曼濾波算法
        3.4.3 仿真實驗結(jié)果與分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 利用目標(biāo)航天器特征結(jié)構(gòu)的相對姿態(tài)確定方法
    4.1 引言
    4.2 目標(biāo)航天器特征結(jié)構(gòu)圖像提取
        4.2.1 基于弱梯度消除法的ROI提取
        4.2.2 星箭對接環(huán)的特征提取
        4.2.3 太陽帆板的特征提取
    4.3 利用雙特征結(jié)構(gòu)的相對姿態(tài)確定方法
        4.3.1 坐標(biāo)系定義與特征結(jié)構(gòu)的姿態(tài)描述
        4.3.2 基于投影同心圓代數(shù)約束的定姿原理
        4.3.3 基于平行線消失點定姿原理
    4.4 利用雙特征結(jié)構(gòu)的相對姿態(tài)確定算法仿真實驗
        4.4.1 利用星箭對接環(huán)結(jié)構(gòu)的定姿誤差分析
        4.4.2 利用太陽帆板結(jié)構(gòu)的定姿誤差分析
        4.4.3 利用雙特征結(jié)構(gòu)對失效航天器定姿的誤差分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 航天器柔索結(jié)構(gòu)運動狀態(tài)的視覺測量方法
    5.1 引言
    5.2 非均勻運動的航天器柔索結(jié)構(gòu)圖像提取
        5.2.1 低速運動的柔索中心線圖像提取
        5.2.2 基于運動模糊分割算法的高速運動柔索圖像提取
    5.3 基于物質(zhì)點跟蹤的柔索運動狀態(tài)測量方法
        5.3.1 基于單目視覺的柔索空間位置測量
        5.3.2 視覺物質(zhì)點跟蹤算法
    5.4 航天器柔索結(jié)構(gòu)運動狀態(tài)測量仿真實驗
        5.4.1 非均勻運動的柔索圖像提取誤差分析
        5.4.2 視覺物質(zhì)點跟蹤算法誤差分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 航天器及其柔索結(jié)構(gòu)視覺測量實驗
    6.1 引言
    6.2 利用航天器特征結(jié)構(gòu)的相對姿態(tài)確定實驗
        6.2.1 實驗平臺
        6.2.2 不同觀測距離下的相對定姿實驗
        6.2.3 不同光照情況下的相對定姿實驗
    6.3 航天器柔索結(jié)構(gòu)運動狀態(tài)的視覺測量實驗
        6.3.1 實驗平臺及視覺測量系統(tǒng)誤差
        6.3.2 柔索目標(biāo)的圖像提取誤差
        6.3.3 柔索空間位形對比分析
        6.3.4 物質(zhì)點跟蹤算法與動力學(xué)模型對比
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄 空間目標(biāo)在軌分布特性
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
個人簡歷



本文編號：3713478