航天器对接相对位置姿态自主测量方法研究

航天器间相对位置姿态的准确测量是实现自主自动对接的先决条件。将三圆标志靶安装在目标航天器上;追踪航天器用数码相机对靶拍照。设计了亚像素处理方法实时处理数字照片,可精确测定圆心像点位置和特征直径的像长;用其作为基本特征参数,基于透视投影原理,建立了求圆心物空间坐标的公式,求出靶面的平面方程,可用来求两航天器间的相对位置姿态参数和实时标定相机的可变参数。计算机仿真结果表明,测距为2m时,测圆心像点位置的误差小于0.03个像素,测距误差小于1mm,测姿态角的误差小于0.01°。该方法也适用于无人直升飞机定点着陆时自主测量其相对位姿参数。

基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法

在光学测量基本原理上建立了双目视觉测量模型,提出了基于双目视觉的航天器间相对位置及姿态的测量方法,并对测量系统中的误差进行分析,得到影响测量精度的因素。仿真结果表明该方法有效,获得的航天器间相对空间位姿信息的精度能满足航天测控要求,对航天器在轨实时应用具有重要参考价值。

基于单目视觉的非合作航天器相对位置和姿态测量算法

对非合作航天器的相对位置和姿态测量问题进行了研究,提出了一种新的单目视觉测量算法——相似迭代算法.该算法根据相似三角形原理推导出一种新的深度迭代机制,通过深度估计和绝对方位问题求解两个步骤对相对位置和姿态参数进行迭代计算.数值仿真结果表明了该算法的有效性.

一种基于机器视觉的航天器交会对接相对位置和姿态确定算法研究

针对两个航天器交会对接的最终段,给出一种基于单目CCD相机测量的相对位置和姿态确定算法。针对传统方法建立测距方程组时,引入特征光点间的距离公式从而带来二次非线性,造成实时求解困难的情况,基于矢量描述建立相对位置和姿态确定方程,不涉及特征光点距离公式,并在相对姿态小角度假设条件下,将相对位置和姿态确定方程组完全线性化,便于求解。然后将此线性方程组的解算结果作为非线性方程组求解的迭代初值,有利于快速收敛到真解。考虑到交会对接末段两航天器相对位置和姿态连续小幅度变化,相邻采样时刻两航天器相对位置和姿态变化较小,可将前一采样时刻的求解结果作为后一时刻求解的迭代初值,这样可以节约计算资源,保证算法实时性。数值仿真结果验证了该算法的快速性和有效性。

基于超分辨率重构的航天器位置姿态测量方法

航天器间相对位置和姿态的确定是实现航天器编队飞行的重要基础.为了解决航天器相对位置姿态的远距离测量精度问题,该文提出了基于超分辨率重构技术的测量方法.介绍了由单帧图像求解相对位置姿态的测量原理,研究了图像传感器退化成像模型和基于该模型下的图像配准算法,给出了超分辨率图像重构算法及其算法流程.利用地面试验原型系统的实际测量数据对算法进行了验证,试验结果表明该方法大大提高了高精度测量距离的范围,有效解决了航天器间相对位置姿态的远距离测量精度及稳定性问题.

基于三目视觉测量的航天器交会对接相对位姿确定算法

针对航天器交会对接过程中位姿参数的测量问题,提出了三目视觉的测量方法。本文阐述了三目视觉的测量原理,建立了数学模型,分析了测量系统的误差。仿真结果表明该方法有效。与双目视觉相比,它能降低图像匹配误差的影响,提高特征点的定位精度,增加测量系统的可靠性,因此能够满足航天器位姿参数的测量要求,对航天器在轨实时应用具有重要参考价值。

基于三目视觉的航天器交会对接位姿测量方法研究

随着载人航天和宇宙空间站的不断发展,航天器自主对接技术显得日趋重要.在航天器对接的最后逼近阶段,实时精确测量两航天器间的相对位置姿态参数是对接成功的关键.针对航天器交会对接中位置姿态参数的测量问题,研究了三目视觉的非线性测量方法,阐述三目视觉的测量原理并建立数学模型,将相对位姿参数求解问题转化为非线性优化问题,进而利用Levenberg-Marquardt算法求解.仿真研究表明,与双目视觉线性方法和三目视觉线性方法相比,该方法能降低图像匹配误差的影响,提高特征点的定位精度,增加测量系统的可靠性.

航天器交会对接中摄像机内参数在轨标定算法

针对航天器交会对接过程中位姿参数的测量问题,本文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,提出航天器交会对接中摄像机内参数标定的线性方法。其主要特点是摄像机只需拍摄三幅光标点图像,无须知道该组光标点的任何几何信息。通过计算圆环点,建立绝对二次曲线对摄像机内参数的约束方程即可线性求解摄像机内参数。仿真实验表明,该方法在航天器交会对接中,使得摄像机内参数的标定具有简便、实时和鲁棒性强的特点。

一种多镜头拼接式全景成像系统的整体标定方法

本文针对多镜头拼接式成像系统在外业量测过程中因客观条件限制导致个别镜头缺乏控制点无法计算其外方位元素,进而使得全景相机无法完整实现三维真实场景构建的问题,提出一种多镜头拼接式全景成像系统的整体标定方法,标定的内容包括:镜头内方位元素、镜头相对位置和姿态。相机采用直接线性变换算法结合畸变模型进行内方位标定和相片校正,实现非量测型相机向量测型相机的转化;在此基础上,利用经典空间后方交会法求解每台相机在同一时刻的外方位元素,并进一步根据坐标转换来标定镜头之间的相对位置和姿态,实现多个镜头的整体化及其外参数的自由转换。实验证明,多镜头拼接式全景成像系统的内标定精度能达到0.5个像素,在利用镜头相对位置和姿态反算外方位元素时能达到0~2.5mm的线元素精度以及0~10′的角元素精度,很好地解决了室外个别镜头外方位元素计算困难的问题,且其在交通安全检测、高速公路三维真实场景建模方面均得到了较好的应用。

基于CORDIC的位姿测量IP核设计

分析了相对位姿测量的基本原理,提出了一种优化的VLSI实现方案。将相对位姿测量电路映射为5大基本模块电路:矢量归一化、矢量叉积、矩阵方程组求解、相对姿态角计算和相对位置计算。这些电路均基于CORDIC算法设计,只有简单的移位相加运算,非常适合于在FPGA芯片上实现。利用ISE软件和ModelSim软件得到的仿真结果验证了该方案是可行的。

空间合作目标交会对接光学测量研究

随着人类探索太空活动的深入,空间交会对接技术(RVD)发挥着越来越重要的作用。本文在介绍国外交会对接测量技术最新研究现状的基础上,研究了交会对接光学成像测量系统的原理和测量算法,并分析了光学成像测量系统设计中的几个关键技术,其测量有效性和测量精度直接关系到交会对接任务的成功与否,最后讨论了未来交会对接技术的发展方向。