隨著越來越多的航天飛行器被送到太空中,非合作目標(biāo)航天器的交會(huì)對(duì)接變得愈發(fā)重要,因此空間非合作航天器的相對(duì)位姿測量技術(shù)越來越受到廣泛的關(guān)注。本文主要研究是基于單目視覺的近距離航天器相對(duì)位姿測量技術(shù)。在分析國內(nèi)外單目視覺測量技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向的基礎(chǔ)上,主要研究了相機(jī)標(biāo)定、特征提取、目標(biāo)定位和相對(duì)位姿確定等幾個(gè)關(guān)鍵性的問題。首先,本文分析了基于移動(dòng)平面模板的標(biāo)定方法。此方法不但可以得出從二維圖像恢復(fù)到三維的重要參數(shù),而且消除了由于鏡頭產(chǎn)生的畸變。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知,該算法精度較高。其次,本文提出了基于人工蜂群算法的Otsu閾值分割方法和基于人工蜂群算法的橢圓檢測方法。從圖像中分離出橢圓形的對(duì)接圓環(huán)并提取對(duì)接環(huán)橢圓上的特征點(diǎn)坐標(biāo)信息,為后續(xù)的目標(biāo)定位和相對(duì)位姿測量提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)信息。最后,提出了一種基于飛行標(biāo)志器的位姿測量方法。在對(duì)接環(huán)圓心的特征點(diǎn)易提取和飛行標(biāo)志器易于識(shí)別的基礎(chǔ)上,求出的相對(duì)位姿精度較高。另外,本文還設(shè)計(jì)了一種確定飛行標(biāo)志器在目標(biāo)航天器上位置的方法。與實(shí)際的相對(duì)姿態(tài)相比,誤差始終保持在2^°以內(nèi),因此可作為目標(biāo)航天器相對(duì)位姿測量的一種有效方法。 

【文章來源】：南京郵電大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

歐洲新型飛行器可為在軌衛(wèi)星加注燃料

其研究與制造的代價(jià)也是非常巨大的，一些因?yàn)楦鞣N技術(shù)原因?qū)е碌臒o法正常工作的或者因?yàn)槟茉春谋M等原因而失常不能使用而浪費(fèi)的飛行航天器，不僅占用了有限的太空軌道資源，并且會(huì)威脅其它的在軌飛行航天器的安全。想象一下這樣一個(gè)機(jī)場，成千上萬的飛機(jī)成堆的被遺棄在停機(jī)場地上，這樣的場景將會(huì)是以后圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星所發(fā)生的情況。當(dāng)衛(wèi)星的燃料即將耗盡時(shí)，就不能再保持精確的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，即使它們的硬件完好無損也將毫無用處。如果我們能夠?qū)@些失效的或者有故障的飛行航天器進(jìn)行維修或者補(bǔ)給燃料等在軌服務(wù)，不僅可以避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還可以凈化太空中的環(huán)境，使軌道的資源得到合理的應(yīng)用，為正常運(yùn)行的飛行航天器提供了基本的安全保障。例如我國在2017年發(fā)射的衛(wèi)星“中星9A”，由于在發(fā)射過程中火箭三級(jí)出現(xiàn)工作異常，衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定的軌道，導(dǎo)致衛(wèi)星需要依靠自身的燃料進(jìn)行變軌，使其在軌工作壽命大為縮短。當(dāng)時(shí)如果有在軌服務(wù)平臺(tái)得到應(yīng)用，則可以及時(shí)對(duì)其進(jìn)行在軌燃料補(bǔ)充，延長衛(wèi)星的壽命，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此空間的在軌服務(wù)是對(duì)空間探索的重要課題[4]，特別是近年來比較熱的針對(duì)非合作航天器位姿測量研究技術(shù)對(duì)其有著重大的意義。

圖1.3中國新型飛行器在軌抓取航天器 圖1.4 美國在軌服務(wù)飛行器開展在軌衛(wèi)星修理航天器的交會(huì)對(duì)接是在軌服務(wù)的最后一個(gè)階段，而航天器交會(huì)對(duì)接時(shí)對(duì)于將要對(duì)接兩個(gè)航天器的相對(duì)位姿是必須要獲得的一個(gè)參數(shù)指標(biāo)。近距離的在軌服務(wù)通�？煞譃樽粉櫤教炱髋c目標(biāo)航天器，目標(biāo)航天器又可分成合作目標(biāo)航天器與非合作目標(biāo)航天器。合作目標(biāo)航天器指的是可以提供有效的合作信息（如目標(biāo)航天器的結(jié)構(gòu)、尺寸或者是運(yùn)動(dòng)的信息），預(yù)先安裝合作標(biāo)志器也是提供有效合作信息的一種方法。非合作目標(biāo)航天器就是不能提供有效的合作信息的飛行航天器，比如說失效的或者未知的飛行航天器。實(shí)際上，大部分的空間技術(shù)任務(wù)是針對(duì)非合作目標(biāo)航天器的，例如對(duì)有故障的飛行航天器進(jìn)行維修或者回收，對(duì)耗盡能源而無法正常工作的衛(wèi)星加能源以保證其正常運(yùn)行。與對(duì)合作目標(biāo)航天器進(jìn)行在軌服務(wù)相比，對(duì)于非合作航天器的在軌服務(wù)有以下難點(diǎn)：先驗(yàn)信息較少、背景復(fù)雜易受外在的因素干擾、觀測到的有用信息少等。因此到目前為止，針對(duì)空間非合作目標(biāo)航天器的研究技術(shù)成為一個(gè)研究難點(diǎn)，針對(duì)非合作目標(biāo)航天器的相對(duì)位姿測量技術(shù)的研究也成為了熱點(diǎn)問題。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]人工蜂群算法研究綜述[J]. 秦全德,程適,李麗,史玉回.  智能系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2014(02)
[2]基于三目視覺測量的航天器交會(huì)對(duì)接相對(duì)位姿確定算法[J]. 錢萍,王惠南.  宇航學(xué)報(bào). 2010(06)
[3]空間機(jī)器人捕獲非合作目標(biāo)的測量與規(guī)劃方法[J]. 徐文福,梁斌,李成,劉宇.  機(jī)器人. 2010(01)
[4]圖像特征點(diǎn)提取及匹配技術(shù)[J]. 楊曉敏,吳煒,卿粼波,華驊,何小海.  光學(xué)精密工程. 2009(09)
[5]航天器交會(huì)對(duì)接中測量靶標(biāo)的兩種設(shè)計(jì)方法[J]. 王保豐,李廣云,陳繼華,唐歌實(shí),于志堅(jiān).  宇航學(xué)報(bào). 2008(01)
[6]空間在軌服務(wù)技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 崔乃剛,王平,郭繼峰,程興.  宇航學(xué)報(bào). 2007(04)
[7]非合作航天器間相對(duì)位姿的單目視覺確定算法[J]. 張世杰,曹喜濱,陳閩.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006(05)

博士論文
[1]基于單目視覺的目標(biāo)識(shí)別與定位研究[D]. 馮春.南京航空航天大學(xué) 2013
[2]空間機(jī)器人遙操作中基于視覺的局部自主控制研究[D]. 張國亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[3]基于單目視覺的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測與跟蹤算法研究[D]. 胡銦.南京理工大學(xué) 2008

碩士論文
[1]面向航天器在軌服務(wù)的魯棒單目視覺導(dǎo)航方法研究[D]. 江春.南京航空航天大學(xué) 2017
[2]基于馬達(dá)代數(shù)的目標(biāo)航天器位姿視覺測量技術(shù)研究[D]. 陳偉.南京航空航天大學(xué) 2016
[3]非合作相對(duì)位姿測量跟蹤研究及設(shè)計(jì)[D]. 夏慶.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3331151