对接环空间位置智能感知方法研究
发布时间：2021-04-16 03:14
太空探索一直以来都是人类从未停止的科学活动。随着科学技术的发展,近地航天活动与日俱增。然而,近地航天活动的频繁开展,也带来了一些问题。目前面临的严峻问题之一是轨道上卫星故障,不仅在经济方面带来巨大损失,而且还浪费了轨道的空间资源。为了对故障卫星进行检修和维护,面向在轨服务的航天相关技术研究十分重要。在轨服务航天任务中的一个重要任务是目标捕获,服务航天器要缓慢接近目标航天器,最终实现稳定而又精确的捕获。在接近目标航天器的整个过程中,第一个要解决的问题就是相对位姿测量,即相对导航任务。相对位姿包括相对位置和相对姿态两组变量,对这两组变量进行估计的准确性对后面制导和控制任务的进行有着巨大影响。如果能获得稳定且准确的相对位置和相对姿态,接下来就是依据这两组变量给出合理的控制反馈,使得航天器安全地接近目标。课题针对近距离阶段（两航天器相对距离小于10米）接近过程中相对位置估计问题进行研究。在该阶段之前的接近过程中,两航天器相对姿态已经通过星敏感器调整到误差允许范围内,由于在这个阶段中,激光测距机和激光扫描雷达的测量误差不满足相对导航精度要求,所以课题研究提出使用视觉感知方式实现近距离阶段两航天器...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
仿真环境下研究内容以及各模块工作流程图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-16-(a)距离目标10米处三台相机模拟仿真图像(b)距离目标4米处三台相机模拟仿真图像(c)距离目标0.5米处三台相机模拟仿真图像图2-1在远、中、近距离三台相机仿真图像2.2相对位置感知2.2.1问题描述在轨服务中，由远及近接近目标航天器的过程中，需要通过各种手段获知服务航天器与目标航天器的相对位置和相对姿态，以此为依据计算控制决策来调整服务航天器的运动，改变自身状态以至最佳的星箭对接或目标捕获状态。当距离目标航天器较远时，相对位置与相对姿态两个因素都是需要测量和不断调整的；课题中距离目标航天器较近时，相对姿态已经由星敏感器调整到适合星箭对接或捕获的误差容忍范围内，因此，课题提出近距离的接近过程中，不考虑相对姿态因素，只对相对位置进行估计与计算的任务为相对位置感知。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-18-图2-2三维空间中两个航天器与多个坐标系其中目标航天器坐标系OtXtYtZt与对接环坐标系OrXrYrZr之间的相对位置、相对旋转角度均为系统参数，可以获得。相同地，服务航天器坐标系OsXsYsZs与观测组件坐标系OcXcYcZc的相对位置与相对旋转角度也可以获得。对于任意两个坐标系O1X1Y1Z1与O2X2Y2Z2，如O2X2Y2Z2坐标系分别绕自身X2、Y2、Z2轴逆时针旋转xθ、yθ、xθ角度后两坐标系姿态相同，且O2X2Y2Z2坐标系原点O2在O1X1Y1Z1坐标系下的坐标值为(x,y,z)，则O2X2Y2Z2坐标系下任意一个点222(x,y,z)在O1X1Y1Z1坐标系下的坐标值111(x,y,z)可由式(2.1)获得：121212cossin0cos0sin100sincos00100cossin001sin0cos0sincoszzyyzzxxyyxxxxxyyyzzzθθθθθθθθθθθθ=+(2.1)课题的研究中，相对位置感知的结果实际上是获取观测组件坐标系原点Oc在目标航天器对接环坐标系OrXrYrZr下的坐标值，所以只要通过坐标系变换运算，就可以获得服务航天器与目标航天器的相对位置。为简化记号，本文在本小节之后所有的坐标系均使用OXYZ表示，坐标值均使用(x,y,z)表示，以此来表示测组件坐标系原点Oc在目标航天器对接环坐标系OrXrYrZr下的坐标值，并将目标航天器对接环坐标系简称为目标坐标系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]卡尔曼滤波在无人机姿态中的应用研究[J]. 邓洪明,贺勇,於小杰,吴成通. 自动化技术与应用. 2019(11)
[2]天舟一号完成自主快速交会对接试验[J]. 科技传播. 2017(18)
[3]深度卷积神经网络在计算机视觉中的应用研究综述[J]. 卢宏涛,张秦川. 数据采集与处理. 2016(01)
[4]Research on hovering control scheme to non-circular orbit[J]. WANG GongBo,ZHENG Wei*,MENG YunHe & TANG GuoJian College of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(11)
[5]卫星星历及广州气象卫星地面站相关数据分析[J]. 周海莺,祝春萌,黄锦渊. 气象水文海洋仪器. 2010(01)
[6]空间在轨服务技术发展综述[J]. 崔乃刚,王平,郭继峰,程兴. 宇航学报. 2007(04)
[7]我国首颗直播卫星鑫诺二号出现技术故障[J]. 孙自法. 中国航天. 2006(12)
[8]运动生物力学人体运动技术动作三维计算机立体显示[J]. 叶强,钱竞光. 南京体育学院学报(自然科学版). 2005(02)
博士论文
[1]航天器临近操作位姿一体化控制若干问题研究[D]. 王昱.中国科学技术大学 2019
[2]基于主被动融合的非合作目标重建与位姿测量研究[D]. 张壮.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
[3]在轨服务航天器交会轨迹优化与近距离安全接近控制研究[D]. 武冠群.哈尔滨工业大学 2019
[4]空间非合作漂旋目标的逼近与跟踪控制[D]. 韩飞.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于点云的非合作目标三维重建及近距离位姿测量研究[D]. 何英.哈尔滨工业大学 2018
[6]空间非合作目标的单目视觉姿态测量技术研究[D]. 洪裕珍.中国科学院光电技术研究所 2017
硕士论文
[1]基于多视图重建的非合作目标位姿测量研究[D]. 夏星宇.南京邮电大学 2019
[2]基于视觉的近距离航天器相对位姿测量技术的研究[D]. 吴正华.南京邮电大学 2019
[3]基于卷积神经网络的迁移模型研究[D]. 赵继鹏.兰州大学 2019
[4]基于视觉的目标跟踪控制系统研究[D]. 李文心.西安理工大学 2019
[5]基于深度学习的无人机位姿视觉测量与计算方法[D]. 张嘉旭.西安理工大学 2019
[6]面向非合作航天器的捕获机构设计及试验研究[D]. 王钤.哈尔滨工业大学 2019
[7]服务星近距离接近非合作目标轨迹规划方法研究[D]. 冯辉.哈尔滨工业大学 2019
[8]空间非合作目标高精度结构恢复与相对位姿测量方法[D]. 李江.哈尔滨工业大学 2019
[9]追踪器空间操作视觉检测与安全性预报[D]. 于志睿.哈尔滨工业大学 2019
[10]环目标相对位姿测量方法研究与实现[D]. 车颖斌.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3140628
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
仿真环境下研究内容以及各模块工作流程图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-16-(a)距离目标10米处三台相机模拟仿真图像(b)距离目标4米处三台相机模拟仿真图像(c)距离目标0.5米处三台相机模拟仿真图像图2-1在远、中、近距离三台相机仿真图像2.2相对位置感知2.2.1问题描述在轨服务中，由远及近接近目标航天器的过程中，需要通过各种手段获知服务航天器与目标航天器的相对位置和相对姿态，以此为依据计算控制决策来调整服务航天器的运动，改变自身状态以至最佳的星箭对接或目标捕获状态。当距离目标航天器较远时，相对位置与相对姿态两个因素都是需要测量和不断调整的；课题中距离目标航天器较近时，相对姿态已经由星敏感器调整到适合星箭对接或捕获的误差容忍范围内，因此，课题提出近距离的接近过程中，不考虑相对姿态因素，只对相对位置进行估计与计算的任务为相对位置感知。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-18-图2-2三维空间中两个航天器与多个坐标系其中目标航天器坐标系OtXtYtZt与对接环坐标系OrXrYrZr之间的相对位置、相对旋转角度均为系统参数，可以获得。相同地，服务航天器坐标系OsXsYsZs与观测组件坐标系OcXcYcZc的相对位置与相对旋转角度也可以获得。对于任意两个坐标系O1X1Y1Z1与O2X2Y2Z2，如O2X2Y2Z2坐标系分别绕自身X2、Y2、Z2轴逆时针旋转xθ、yθ、xθ角度后两坐标系姿态相同，且O2X2Y2Z2坐标系原点O2在O1X1Y1Z1坐标系下的坐标值为(x,y,z)，则O2X2Y2Z2坐标系下任意一个点222(x,y,z)在O1X1Y1Z1坐标系下的坐标值111(x,y,z)可由式(2.1)获得：121212cossin0cos0sin100sincos00100cossin001sin0cos0sincoszzyyzzxxyyxxxxxyyyzzzθθθθθθθθθθθθ=+(2.1)课题的研究中，相对位置感知的结果实际上是获取观测组件坐标系原点Oc在目标航天器对接环坐标系OrXrYrZr下的坐标值，所以只要通过坐标系变换运算，就可以获得服务航天器与目标航天器的相对位置。为简化记号，本文在本小节之后所有的坐标系均使用OXYZ表示，坐标值均使用(x,y,z)表示，以此来表示测组件坐标系原点Oc在目标航天器对接环坐标系OrXrYrZr下的坐标值，并将目标航天器对接环坐标系简称为目标坐标系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]卡尔曼滤波在无人机姿态中的应用研究[J]. 邓洪明,贺勇,於小杰,吴成通. 自动化技术与应用. 2019(11)
[2]天舟一号完成自主快速交会对接试验[J]. 科技传播. 2017(18)
[3]深度卷积神经网络在计算机视觉中的应用研究综述[J]. 卢宏涛,张秦川. 数据采集与处理. 2016(01)
[4]Research on hovering control scheme to non-circular orbit[J]. WANG GongBo,ZHENG Wei*,MENG YunHe & TANG GuoJian College of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(11)
[5]卫星星历及广州气象卫星地面站相关数据分析[J]. 周海莺,祝春萌,黄锦渊. 气象水文海洋仪器. 2010(01)
[6]空间在轨服务技术发展综述[J]. 崔乃刚,王平,郭继峰,程兴. 宇航学报. 2007(04)
[7]我国首颗直播卫星鑫诺二号出现技术故障[J]. 孙自法. 中国航天. 2006(12)
[8]运动生物力学人体运动技术动作三维计算机立体显示[J]. 叶强,钱竞光. 南京体育学院学报(自然科学版). 2005(02)
博士论文
[1]航天器临近操作位姿一体化控制若干问题研究[D]. 王昱.中国科学技术大学 2019
[2]基于主被动融合的非合作目标重建与位姿测量研究[D]. 张壮.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2019
[3]在轨服务航天器交会轨迹优化与近距离安全接近控制研究[D]. 武冠群.哈尔滨工业大学 2019
[4]空间非合作漂旋目标的逼近与跟踪控制[D]. 韩飞.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于点云的非合作目标三维重建及近距离位姿测量研究[D]. 何英.哈尔滨工业大学 2018
[6]空间非合作目标的单目视觉姿态测量技术研究[D]. 洪裕珍.中国科学院光电技术研究所 2017
硕士论文
[1]基于多视图重建的非合作目标位姿测量研究[D]. 夏星宇.南京邮电大学 2019
[2]基于视觉的近距离航天器相对位姿测量技术的研究[D]. 吴正华.南京邮电大学 2019
[3]基于卷积神经网络的迁移模型研究[D]. 赵继鹏.兰州大学 2019
[4]基于视觉的目标跟踪控制系统研究[D]. 李文心.西安理工大学 2019
[5]基于深度学习的无人机位姿视觉测量与计算方法[D]. 张嘉旭.西安理工大学 2019
[6]面向非合作航天器的捕获机构设计及试验研究[D]. 王钤.哈尔滨工业大学 2019
[7]服务星近距离接近非合作目标轨迹规划方法研究[D]. 冯辉.哈尔滨工业大学 2019
[8]空间非合作目标高精度结构恢复与相对位姿测量方法[D]. 李江.哈尔滨工业大学 2019
[9]追踪器空间操作视觉检测与安全性预报[D]. 于志睿.哈尔滨工业大学 2019
[10]环目标相对位姿测量方法研究与实现[D]. 车颖斌.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3140628
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