天基空间目标视觉导航地面仿真系统研制

发布时间：2017-08-16 11:31

  本文关键词：天基空间目标视觉导航地面仿真系统研制

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【摘要】：基于视觉测量的相对导航技术广泛应用在航天器交会对接、在轨服务等空间任务中,是各国航天领域研究的主要课题之一。本文从搭建视觉导航地面仿真测试环境的实际课题需求出发,分析了地面仿真系统的总体方案设计,基于摄影测量学的原理对图像处理算法进行了设计实现,最终实现了用于视觉导航研究的地面仿真测试试验系统。在系统总体方案设计研究方面,考虑到视觉测量系统的实际应用场景与实际课题的具体需求,开展了远场角方位导航地面仿真系统与近场位姿导航地面仿真系统的总体方案设计,分别对应于相对导航系统工作在远距离及近距离的状况。系统的总体设计工作主要包括:系统基本组成分析、工作流程设计、数据及系统控制流程、仿真系统测量软件设计。在视觉导航空间目标测量算法研究方面,从摄影测量学原理出发,建立了空间目标角方位测量与位姿测量数学模型。根据地面实验条件与仿真系统总体设计方案,设计并实现了测量相机标定算法、点目标角方位测量算法和基于轮廓匹配位姿测量算法。使用数字仿真、实验室现场仿真测试对算法性能进行了测试,测试结果表明:测量算法满足仿真系统对于空间目标角方位、位姿测量实时性、可靠性要求,测量精度优于设计指标要求。在地面仿真系统集成与试验研究方面,根据课题指标要求,开展了系统硬件的参数计算、选型、测量软件系统实现、系统集成、测试试验评估工作。课题研制的视觉导航地面仿真系统目前运行状况良好,能够稳定地实现目标角方位以及位姿的测量,且精度满足设计指标要求,为下一步在实验室环境下开展基于视觉相对导航系统的研制提供实验测试环境。
【关键词】：视觉导航 相对导航 地面仿真 位姿测量算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V411.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究发展现状与分析9-15
• 1.2.1 相对导航技术9-11
• 1.2.2 视觉测量技术11-13
• 1.2.3 相关算法模型13-15
• 1.3 主要研究内容及结构安排15-16
• 第2章 空间目标视觉导航地面仿真系统设计16-28
• 2.1 视觉导航地面仿真系统概述16-19
• 2.1.1 相对导航的工作原理16-17
• 2.1.2 地面仿真系统组成17-19
• 2.2 远场角方位导航地面仿真系统设计19-23
• 2.2.1 远场角方位导航地面仿真系统方案设计19-22
• 2.2.2 远场角方位导航地面仿真系统软件设计22-23
• 2.3 近场位姿导航地面仿真系统设计23-27
• 2.3.1 近场位姿导航地面仿真系统方案设计23-25
• 2.3.2 近场位姿导航地面仿真系统软件设计25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 视觉导航成像模型与坐标变换28-40
• 3.1 视觉测量成像模型28-35
• 3.1.1 视觉导航常用坐标系28-29
• 3.1.2 中心透视成像模型29-32
• 3.1.3 像差模型及其矫正32-35
• 3.2 远场导航系统角方位测量原理35-36
• 3.2.1 远场导航系统角方位测量坐标系35-36
• 3.2.2 远场导航系统测角原理36
• 3.3 近场导航系统位姿测量原理36-39
• 3.3.1 近场导航系统位姿测量坐标系36-37
• 3.3.2 近场导航系统位姿测量原理37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 视觉导航核心算法设计与仿真测试40-61
• 4.1 基于共面控制点的测量相机内参数标定算法40-45
• 4.1.1 标定算法设计40-43
• 4.1.2 标定算法测试43-45
• 4.2 点目标角方位测量算法45-49
• 4.2.1 角方位测量算法设计45-47
• 4.2.2 角方位测量算法仿真测试47-49
• 4.3 基于轮廓匹配的位姿测量算法49-60
• 4.3.1 位姿测量算法设计49-55
• 4.3.2 位姿测量算法仿真测试55-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 视觉导航地面仿真系统集成与试验61-74
• 5.1 远场角方位导航地面仿真系统61-67
• 5.1.1 角方位测量仿真系统软硬件实现61-65
• 5.1.2 角方位测量仿真系统实验测试65-67
• 5.2 近场位姿导航仿真系统设计实现67-73
• 5.2.1 位姿测量仿真系统软硬件实现67-70
• 5.2.2 位姿测量仿真系统实验测试70-73
• 5.3 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81

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本文编号：683056