基于点云的非合作目标提取与位姿解算

发布时间：2020-10-22 07:13

　　 基于空间非合作目标的交会对接问题一直是一个老生常谈的话题,基于该技术的燃料加注、太空碎片清理等任务也层出不穷,而本文要做的,就是解决交会对接过程中的相对导航问题,即目标星相对于服务星的位姿解算问题。本文使用Kinect模拟单目相机和扫描式激光雷达的融合,获得彩色的密集点云数据,可达610数量级。在验证全文算法时借助了斯坦福bunny数据。本文对庞大的点云数据建立了多维树状结构,并对原始点云数据进行降采样,以此为基础展开了接下来的算法。本文首先对目标星进行提取,目的是为交会对接过程中的对接环等位置的识别打下基础。本文采用基于凹凸性的点云分割方案,在无需数据训练的情况下,实现了目标与背景的分离,并可以将目标粗略的按照物理结构进行部件间的分割,对算法性能进行了定量分析。测量系统的难点在于特征提取和位姿解算算法。本文采用基于点云配准的位姿解算方案,对经典的ICP(Iterative Closest Point)算法进行了优化,克服了ICP算法对于初始点集重叠度要求高等障碍,并在短时间内完成迭代过程。本文采用快速点特征直方图进行特征提取,采用FLANN(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)确立对应点集,采用SVD(singular value decomposition)算法进行初始配准,并通过ICP迭代完成最终的位姿精算过程。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TN958.98;TB852.1
【部分图文】：

图 1-1 太空视觉系统（SVS） 在轨方案：带有运动学冗余机械臂的服务星（左）和倾斜的目作系统日渐成熟。主动清除残损物（ADR）的终极目（OOS）任务的能力毫无疑问有着引人注目的前景。 和 OOS 都是用来抓取并且固定非合作倾斜目标的。例

2T 在轨方案：带有运动学冗余机械臂的服务星（左）和倾斜的目作系统日渐成熟。主动清除残损物（ADR）的终极目（OOS）任务的能力毫无疑问有着引人注目的前景。 和 OOS 都是用来抓取并且固定非合作倾斜目标的。例通过放置在卫星上的机械臂来抓取它。另一边是一个非合作目标既无法控制又不能展示设计好的特征供抓捕新奇的任务（例如 ETS-VII，Orbital Express（合作目投身于这项任务中，德国的 DEOS，ESA 的 eDeorbit美国的 Phoenix、哈勃望远镜机器人修复、日本的空S、AVGS 和 Next Generation Video Guidance Sensor 公司开发的 TriDAR 于 2006 年开始研发，至今在硬件，并成功应用于哈勃机器人的离轨模块中。TriDAR 融三角测量。位置误差小于0.12m，姿态误差小于0.36 。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.3.2 激光雷达通过计算出射光与入射光的时间得到目标与雷达之间的距离。其精度高于激光跟踪仪，而且速度为激光跟踪仪的二十到三十倍。扫描式激光雷达在测量运动目标时会导致运动失真。现阶段常见的扫描方式包括 Lissajous、Rosette 和 Spiral 等[19]，加拿大 Neptec 的 LCS 系统[20]使用LASSO 软件可实现 6自由度位姿测量。
【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 张晓;张爱武;;基于图像的点云初始配准[J];计算机工程与设计;2014年10期

2 梁斌;杜晓东;李成;徐文福;;空间机器人非合作航天器在轨服务研究进展[J];机器人;2012年02期

3 戴静兰;陈志杨;叶修梓;;ICP算法在点云配准中的应用[J];中国图象图形学报;2007年03期

4 张世杰;曹喜滨;陈闽;;非合作航天器间相对位姿的单目视觉确定算法[J];南京理工大学学报(自然科学版);2006年05期

相关博士学位论文 前2条

1 赵连军;基于目标特征的单目视觉位置姿态测量技术研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2014年

2 张永亮;面向非合作目标的自主空间飞行器图像信息处理关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年

本文编号：2851282