交会对接光学成像敏感器的LD照明系统

以交会对接光学成像敏感器应用为背景,阐述主动式和被动式交会对接光学成像敏感器的区别、照明系统的不同方案,论述LD照明系统的组成和原理,以及LD器件和光纤的选择和特性,解决了交会对接光学成像敏感器大视场远距离均匀照明的难题,克服了空间适应性的困扰,且通过双波长工作模式增强了抗杂光能力.

交会对接光学成像敏感器设计中的关键问题

自主自动交会对接最后逼近段,通常是以光学成像敏感器作为主要的导航敏感器。本文首先简要介绍国内外交会对接光学成像敏感器的最新研究进展情况,然后就其设计中的几个关键问题进行分析,并给出相关结论。

交会对接光学成像敏感器光点布局求解有效性研究

在自主交会对接的最后逼近段,CCD光学成像敏感器作为主要的导航敏感器,其测量的有效性直接关系到交会对接导航信息获取的准确性。目标标志器上的光点个数和光点布局是影响光学成像敏感器测量有效性的重要因素。本文首先给出四光点平面布局真伪解之间的转换关系,在此基础上对增加一个突出光点的五光点布局和增加两个突出光点的六光点布局求解的有效性进行理论分析,对四光点、五光点布局求解出现伪解的情况给出伪解判别条件和解决方法,并通过仿真验证了有效性。

空间杂光对交会对接光学成像敏感器影响分析

CCD光学成像敏感器是交会对接最后靠拢段的关键测量敏感器,其在轨工作时,太阳和地球杂光可能会进入相机视场,影响敏感器的正常测量.提出通过杂光建模分析和地面杂光试验验证相结合的方法,评估和验证空间杂光对光学成像敏感器测量的影响,确定相机遮光罩设计指标要求,给出理论分析、地面及飞行试验结果.

交会对接光学成像敏感器遮光罩设计

遮光罩是交会对接光学成像敏感器中杂光抑制的重要组件,对有效提取目标点信息、保证敏感器定姿精度有重要作用.着重阐述了基于蒙特卡洛法的交会对接光学成像敏感器遮光罩设计,借助光学仿真软件进行仿真验证,并通过与试验结果进行对比,验证了遮光罩设计的有效性.

新一代空间交会对接光学成像敏感器

为满足中国未来空间交会对接任务对光学成像敏感器工作能力尤其是杂光抑制能力的更高需求,研制新一代空间交会对接光学成像敏感器.该产品多项指标优于其上一代产品神舟八号CCD光学成像敏感器,测量距离由原来的150~2 m范围提升为250~0.9 m范围;目标捕获时间由10 s缩短为0.32 s;抗杂光干扰能力大幅提升,实现准全天候工作.该产品已在中国神舟十一号载人飞船、天舟一号货运飞船与天宫二号的交会对接任务中成功验证,可在后续更好地服务中国空间站、探月三期等工程的交会对接任务.介绍该产品的测量原理、系统组成、地面试验和在轨工作表现等情况,并给出相应结论.

第三代交会对接光学成像敏感器研制成功

日前，我国首台第三代交会对接光学成像敏感器研制成功，将应用于天宫二号目标飞行器以及中国空间站。

空间交会对接CCD光学成像敏感器光学特性

以辐射度量为标准,建立了CCD像机探测合作目标光功率模型以及功率方程,得到了所需合作目标光功率与CCD像机参数的制约关系,分析了CCD像机探测到光点所占像元数与传输距离之间的关系。用超焦距方法解决了CCD像机对有限远距离范围内工作时的成像清晰度问题,采用了像方远心光路设计解决了系统测量精度问题。研究了太阳光进入CCD像机视场和照射对接口反射后对CCD像机产生的影响。

神舟八号飞船交会对接CCD光学成像敏感器

介绍了CCD光学成像敏感器的功能和组成,以及低噪声视频电路、高速数据处理平台、抗杂光干扰算法、杂光干扰地面试验验证方法等关键技术,并给出了相关测试结果.实际飞行结果表明,CCD光学成像敏感器相机各项指标满足任务书要求,在最后的对接段最远测量距离达164m,位置测量精度优于2mm,滚动轴姿态测量精度优于0.03°,横轴姿态精度优于0.1°,位置和姿态测量精度超过了世界先进水平.

基于交会对接CCD光学成像敏感器的双目测量算法

在空间交会对接近距离逼近阶段,CCD光学成像敏感器作为相对导航信息获取的主要测量敏感器,其测量性能直接关系到空间交会对接能否成功.针对适用于空间交会对接过程中CCD光学成像敏感器的双目测量算法展开研究,推导了基于主像机坐标系的双目测量算法计算公式,并重点对其抗干扰能力进行研究,最后对该双目测量算法进行了仿真分析并给出了仿真结果.

空间飞行器交会对接相对位置和姿态的在轨自检校光学成像测量算法

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段,通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间,CCD相机受空间环境的影响,其内参数会发生变化的实际情况,提出了一种单CCD在轨自检校光学测量方案,其主要特点是飞行器在执行测量任务时,可同时进行相机内参数的自检校。首先根据严格的中心投影共线条件方程,推导出目标飞行器光学特征点坐标和对应的像点坐标与内参数及相对位置和姿态的严格解析关系;然后建立了内参数及相对位置和姿态的解析表达式;提出了目标航天器上光学特征点的布设要求。通过严格的理论分析和数值仿真,单CCD在轨自检校光学测量方案具有可靠性高、精度高、算法易实现、适应能力强等优点。

交会对接成像敏感器的光点筛选改进

首先介绍了交会对接成像敏感器图像光点匹配算法。基于对在轨图像光点动态特性的研究,为解决交会对接过程中目标误识别、误匹配,以及匹配、适配过程严重耗时的缺陷,提出了光点形状筛选和光点大小分组2套匹配改进算法,并设计了基于光点形状大小动态特性改进的光点匹配算法。该方法以交会对接走廊中不同相对距离时目标光斑大小的最大差别为依据,针对每一个光点,仅将光斑大小与其在同一合理范围内的其他光点一起进行目标匹配。实验结果表明,该方法杜绝误匹配等异常错误的同时,极大地提高了运算效率。该方法可以成为在轨交会对接末段制导实时测算的重要保障,目前已在众多航天器在轨交会对接、空间交会逼近试验中使用。

中短距离宽视场对接成像敏感器光学系统

为了满足空间交汇对接飞行器姿态精确测量的要求,设计了一种中短距离使用的宽视场远心对接成像敏感器光学系统。该对接成像敏感器光学系统焦距f=10mm,成像范围为1.5~30m,视场角为54°,光谱范围为430~680nm,工作温度范围为-40^+40℃。为满足系统成像范围的要求,利用景深公式计算了不同入瞳直径和对准距离时的成像范围,给出了易于设计、检测和保证入瞳最大化的参数设计方案,并进行了光学系统设计和消热差设计。像质分析结果表明,设计结果在使用温度范围内均能满足像质要求,结构简单,易于加工装配。

我国首台第三代交会对接光学成像敏感器研制成功

中国航天科技集团公司五院502所从2011年开始,历经4年技术攻关,完成了我国首台第三代交会对接光学成像敏感器研制工作。新一代产品的关键技术指标已经达到甚至超过国际先进水平。"万里穿针"需好"眼"光学成像敏感器是用于飞船与目标飞行器交会对接的近距离成像测量敏感器。

交会对接成像敏感器成像参数设计

基于交会对接成像敏感器在轨成像目标相对距离变化较大的特性,分析了敏感器嵌入式软件对曝光积分时间、激光发光功率等各项成像参数配置的方法。针对有先验数据、无先验数据初始捕获、跟踪模式等三个不同的工作模式特性与模式切换逻辑,设计了一种初始捕获参数试配方法,并将其与跟踪模式下的最优化参数实时计算相结合,形成了完整的交会对接成像敏感器成像参数设计方案,并进行了仿真测试,结果表明该方法能够有效确保在轨实时图像清晰度满足位姿测算要求,可为交会对接末段制导相对位姿测算提供保障。该方法拟应用于我国后续交会对接任务中。

空间交会对接光学敏感器测量实验研究

光学敏感器通常用作空间交会对接最后阶段的测量敏感器。本文研究了光学成像敏感器的测量方法,并在此基础上进行了物理仿真实验,实验结果表明,当距离为1米左右对直径40厘米的目标模拟器进行测量时,位置测量精度优于1毫米,姿态测量精度优于0.4°。

日本工程试验卫星ETS—Ⅶ交会对接的光学敏感器系统

ETS-Ⅶ卫星(日本工程试验卫星Ⅶ)的任务之一是在轨演示和验证从相对逼近阶段(20km～600m)经最后逼近阶段(600～2m)直至对接段(2m～对接)整个过程的自动交会对接(RVD)系统及其飞行操作。在最后逼近阶段及对接阶段,导航敏感器选用RVD光学敏感器,NASDA从1986年开始就着手研究RVD光学敏感器(包括逼近段摄像敏感器PXS和交会激光雷达RVR等),现阶段PXS和RVR敏感器均处于工程样机(EM)阶段。本文讨论了制导、导航和控制(GNC)系统以及对接系统对RVD光学敏感器的性能要求,并描述其研制状态。

交会对接敏感器总体设计要点分析

相对测量技术是完成在轨航天器交会对接的重要技术之一,设计能够完成相对位置、速度,以及近距离的相对角度、角速度测量的交会对接敏感器,用于确定交会的轨迹和控制对接时的相对运动,不仅要考虑实现功能、性能方面,还要考虑在工程实现中外太空杂光干扰、热环境等因素的影响.本文不涉及到交会敏感器的具体设计,而是从分系统的任务和技术总体设计角度,总结交会对接敏感器设计时应注意的几个方面.

空间交会对接用激光雷达敏感器

本文讨论了在航天飞行器的空间交会对接(RVD)技术中采用激光雷达敏感器的可行性。提出在航天飞行器的自主交会对接技术中,应采用一种简单、实用的单目标系统。

一种基于光学成像敏感器多目标视线角测量的相对导航方法

针对基于光学成像敏感器测量的相对导航问题,提出一种直接采用光学敏感器多目标视线角测量信息,利用UKF滤波方法设计滤波器,对相对位置、相对速度和相对姿态等相对状态进行估计的相对导航方法。将所提出的相对导航方法应用于月球交会对接平移靠拢段相对导航,通过数学仿真验证了所提出方法的有效性。所提出的方法对实际工程应用具有理论参考价值。