一直以來(lái),人類從未停止對(duì)太空的探索,近地航天活動(dòng)日益增加,比如我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建立,給人類的生活帶來(lái)了巨大的便利,為全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展注入了全新的活力。然而頻繁的近地航天活動(dòng)也帶來(lái)了一系列問題。由于地球同步軌道資源有限,而在這個(gè)軌道上失效的衛(wèi)星,不僅造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,還占用了珍貴的軌道資源。對(duì)于這一戰(zhàn)略性資源,以衛(wèi)星維修、壽命延長(zhǎng)和軌道垃圾清除為目的的在軌服務(wù)技術(shù)研究具有十分重要的意義,而航天器近距離相對(duì)導(dǎo)航技術(shù)是其中關(guān)鍵一環(huán)。近年來(lái),圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺的研究成果在工商業(yè)領(lǐng)域內(nèi)獲得的成功應(yīng)用,提高了人類的產(chǎn)能和生活質(zhì)量。然而,由于空間探索有高風(fēng)險(xiǎn)、高成本和高可靠性的特點(diǎn),一方面不能在軌提供等同于地面的算力和設(shè)備支持,使圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺的理論和方法在航天器導(dǎo)航定位領(lǐng)域的應(yīng)用之間存在較大差距;另一方面,在近距離,視覺導(dǎo)航是唯一的相對(duì)導(dǎo)航方式。所以課題針對(duì)航天器上常見的環(huán)形目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量的若干關(guān)鍵問題展開研究,并根據(jù)課題實(shí)際應(yīng)用背景,提出并實(shí)現(xiàn)了一套完整可行的視覺相對(duì)測(cè)量方案,以滿足環(huán)目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量方法在實(shí)時(shí)性、精確性和穩(wěn)定性上的要求。課題將環(huán)目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量分為遠(yuǎn)近兩個(gè)階段,分別使用基于環(huán)形目標(biāo)邊緣點(diǎn)的測(cè)量方法和基于環(huán)形目標(biāo)物方點(diǎn)的檢測(cè)方法,測(cè)量已知尺寸的環(huán)目標(biāo)位姿。課題的研究?jī)?nèi)容有:1.在遠(yuǎn)距離階段,能觀察到完整的環(huán)目標(biāo)成像,使用首幀檢測(cè)加目標(biāo)跟蹤的方式檢測(cè)位姿。對(duì)于首幀環(huán)目標(biāo)成像檢測(cè),討論了霍夫圓和四點(diǎn)共圓約束方法的穩(wěn)定性;對(duì)于跟蹤方法,討論了模板匹配和劃線邊緣梯度法的實(shí)時(shí)性;對(duì)于邊緣點(diǎn)檢測(cè)方法,討論了像素級(jí)別和基于高斯模型的亞像素級(jí)別檢測(cè)方法的精確性;對(duì)于基于環(huán)形目標(biāo)邊緣點(diǎn)的位姿計(jì)算法方法,討論了基于單圓的位置計(jì)算和環(huán)形建模檢測(cè)方法的實(shí)時(shí)性。2.在近距離階段,由于不能完全觀察到完整的環(huán)目標(biāo)成像,遠(yuǎn)距離階段的測(cè)量方法不可行,基于此提出了圓環(huán)邊緣點(diǎn)(物方點(diǎn))的檢測(cè)方法。對(duì)于環(huán)形目標(biāo)物方點(diǎn)檢測(cè),討論了基于標(biāo)志物檢測(cè)方法和基于線性結(jié)構(gòu)光檢測(cè)方法的適用性;對(duì)于基于環(huán)形目標(biāo)物方點(diǎn)的位姿計(jì)算方法,使用多點(diǎn)擬合空間圓的方式進(jìn)行計(jì)算;此外,論文還提出了一套簡(jiǎn)單易行的線性結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法,用于基于線性結(jié)構(gòu)光的物方點(diǎn)檢測(cè)。為了驗(yàn)證論文提出方案的可行性,設(shè)計(jì)并完成了若干組半物理仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了論文提出方案滿足環(huán)目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量的實(shí)時(shí)性、精確性和穩(wěn)定性。論文在環(huán)目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量研究的若干方法,是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺在航天工程應(yīng)用領(lǐng)域的一次探索。課題研究過程中的理論方法、數(shù)據(jù)資源、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果將形成我國(guó)在軌服務(wù)任務(wù)上的技術(shù)積累。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;TN967.1;V448
【部分圖文】：

基于交叉直線特征的位姿確定法需要使用到雙目相機(jī)，檢測(cè)的是直線特征，與本課題追蹤的圓環(huán)使用場(chǎng)景不同；基于雙目立體視覺的 GEO 非合作目標(biāo)姿態(tài)測(cè)量方法，也需要使用到雙目相機(jī)，雙目視覺本質(zhì)是需要兩臺(tái)相機(jī)拍攝照片之間有重疊區(qū)域，然后使用三角測(cè)量的方式計(jì)算目標(biāo)位姿。本課題關(guān)心的是持續(xù)跟蹤到近距離抓取時(shí)，仍能適用的解決方案，考慮到近距離觀測(cè)時(shí)，相機(jī)拍攝區(qū)域重疊將消失，這時(shí)使用雙目視覺的方法將不適用。本課題將從特定場(chǎng)景出發(fā)，用三目相機(jī)對(duì)帶已知尺寸環(huán)目標(biāo)的衛(wèi)星進(jìn)行位姿測(cè)量，以達(dá)到捕獲的目的。1.3 主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排本文以空間半合作目標(biāo)交會(huì)對(duì)接為應(yīng)用背景，對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行跟蹤與近距離位姿測(cè)量等關(guān)鍵問題和相關(guān)技術(shù)開展了研究。論文所提出的環(huán)目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量方法，在半合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量實(shí)驗(yàn)中得到了應(yīng)用。該小節(jié)將對(duì)課題環(huán)境、研究主要內(nèi)容和論文結(jié)果做詳細(xì)闡述。

圖 1-3 追蹤星抓取環(huán)實(shí)物圖和成像系統(tǒng)、對(duì)接爪分布示意（經(jīng)過濾鏡處理）A,B,C 表示三個(gè)光學(xué)元件， 表示相機(jī)， 表示結(jié)構(gòu)光(a) 抓取環(huán)距離環(huán)目標(biāo) 1×m 處，三相機(jī)成像灰度圖(b) 抓取環(huán)距離環(huán)目標(biāo) 2.×m 處，三相機(jī)成像灰度圖

圖 1-3 追蹤星抓取環(huán)實(shí)物圖和成像系統(tǒng)、對(duì)接爪分布示意（經(jīng)過濾鏡處理）A,B,C 表示三個(gè)光學(xué)元件， 表示相機(jī)， 表示結(jié)構(gòu)光(a) 抓取環(huán)距離環(huán)目標(biāo) 1×m 處，三相機(jī)成像灰度圖(b) 抓取環(huán)距離環(huán)目標(biāo) 2.×m 處，三相機(jī)成像灰度圖

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 肖權(quán);樂緒鑫;任巖;王瑞清;謝廣明;;基于軌跡生成法的機(jī)器魚位姿控制研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2013年08期

2 王雪松;郝名林;程玉虎;李明;;基于差分進(jìn)化的并聯(lián)機(jī)器人位姿正解[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年05期

3 劉寶華;曹海龍;周偉科;;汽車電動(dòng)座椅出廠位姿調(diào)整方法研究[J];工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào);2018年05期

4 王一;趙進(jìn)進(jìn);金爽;張ng濤;;基于錐孔靶標(biāo)的機(jī)器人末端位姿間接測(cè)量方法[J];中國(guó)測(cè)試;2017年03期

5 梁書立;馮渭春;;空間機(jī)械手末端位姿修正模型構(gòu)建方法[J];工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置;2017年03期

6 嚴(yán)國(guó)全;張學(xué)鋒;余利;李博;葉蔭球;;乒乓球機(jī)器人球拍位姿的確定[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2013年04期

7 沙晶晶;陳志平;施滸立;呂興榮;;基于懸絲機(jī)構(gòu)的目標(biāo)飛行物位姿解算分析與實(shí)現(xiàn)[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2007年06期

8 尚洋;孫曉亮;張躍強(qiáng);李由;于起峰;;三維目標(biāo)位姿跟蹤與模型修正[J];測(cè)繪學(xué)報(bào);2018年06期

9 陳欠根;高尚康;趙喻明;沈東羽;;挖掘機(jī)器人負(fù)載工況下的力與位姿控制[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年11期

10 汪啟躍;王中宇;;基于單目視覺的航天器位姿測(cè)量[J];應(yīng)用光學(xué);2017年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 沙晶晶;陳志平;施滸立;呂興榮;;基于懸絲機(jī)構(gòu)的目標(biāo)飛行物位姿解算分析與實(shí)現(xiàn)[A];2005年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

2 劉玉;陳鳳;王盈;黃建明;魏祥泉;;基于激光雷達(dá)的航天器相對(duì)位姿測(cè)量技術(shù)研究[A];國(guó)防光電子論壇第二屆激光雷達(dá)成像探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2015年

3 吳勇;郝礦榮;丁永生;張淑平;;基于視覺位姿的機(jī)器人測(cè)速系統(tǒng)[A];第三屆中國(guó)智能計(jì)算大會(huì)論文集[C];2009年

4 田原;;基于機(jī)器視覺的空間位姿檢測(cè)系統(tǒng)性能改進(jìn)的研究[A];第22屆全國(guó)煤礦自動(dòng)化與信息化學(xué)術(shù)會(huì)議暨第4屆中國(guó)煤礦信息化與自動(dòng)化高層論壇論文集[C];2012年

5 郝穎明;朱楓;;視覺位姿測(cè)量中的點(diǎn)狀目標(biāo)中心自適應(yīng)定位方法[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

6 葉榛;項(xiàng)安波;陶品;朱紹文;;基于PSD的動(dòng)態(tài)位姿檢測(cè)技術(shù)[A];1998年中國(guó)智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];1998年

7 劉璽;方勇純;張雪波;;基于單應(yīng)矩陣的位姿估計(jì)方法及應(yīng)用[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

8 鮑官軍;張立彬;楊慶華;計(jì)時(shí)鳴;;氣動(dòng)柔性球關(guān)節(jié)的位姿測(cè)量系統(tǒng)研究[A];第二屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

9 王逍;師鵬;溫昶煊;趙育善;;非合作目標(biāo)近距離�？康淖赃m應(yīng)位姿聯(lián)合控制[A];第36屆中國(guó)控制會(huì)議論文集（C）[C];2017年

10 熊凱;魏春嶺;;基于自適應(yīng)極大后驗(yàn)估計(jì)的航天器相對(duì)位姿確定[A];第36屆中國(guó)控制會(huì)議論文集（D）[C];2017年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 本報(bào)記者 鹿慰;“機(jī)器人”進(jìn)駐掘進(jìn)面[N];中國(guó)煤炭報(bào);2013年

2 趙瓊;不同藥物喝水有別[N];醫(yī)藥養(yǎng)生保健報(bào);2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 周鼎;航天器近距離接近多約束位姿同步規(guī)劃與控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 彭鍵清;空間翻滾目標(biāo)的位姿測(cè)量及其雙臂捕獲機(jī)器人的軌跡規(guī)劃[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 尚軻;高軌非合作慢旋失穩(wěn)空間目標(biāo)位姿測(cè)量方法研究[D];華中科技大學(xué);2018年

4 趙麗科;單目視覺的剛體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位姿測(cè)量方法研究[D];武漢大學(xué);2018年

5 李蒙;錐形誘餌飛行位姿視覺測(cè)量圖像處理技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2016年

6 張霖;液壓支架自主跟機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2017年

7 趙金濤;顯微CT系統(tǒng)標(biāo)定關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2017年

8 朱笑叢;氣動(dòng)肌肉并聯(lián)關(guān)節(jié)高精度位姿控制研究[D];浙江大學(xué);2007年

9 陶云飛;掘進(jìn)機(jī)位姿激光自動(dòng)測(cè)量方法及系統(tǒng)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京);2017年

10 楊博文;大型裝備裝配位姿視覺檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 焦可輝;縱軸式掘進(jìn)機(jī)斷面成形技術(shù)研究[D];西安科技大學(xué);2019年

2 謝寧猛;基于單點(diǎn)預(yù)瞄偏差模型的自動(dòng)泊車算法研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2019年

3 周彪;基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人抓取位姿自主檢測(cè)算法研究[D];華中科技大學(xué);2019年

4 呂e

本文編號(hào)：2815758