服务飞行器航天员舱内操控辅助可视化系统设计与实现
发布时间：2021-10-31 12:57
基于小型舱外服务飞行器的在轨服务技术在保证航天器高效、稳定地在轨运行研究方面具有重要意义。航天员在舱内遥控服务飞行器为空间站提供服务时,不仅要保证完成任务的高效性,还要保证航天器和航天员的安全性,因此需要设计一套辅助操作的可视化系统。该系统要能够实现太空复杂环境和航天器的相对运动建模,对于航天器之间近距离的相对运动要能及时提供碰撞预警,形成具有高度真实感、沉浸感和交互性的辅助操作可视化系统。基于以上原因,本文做了如下工作:（1）服务飞行器与空间站的相对运动建模。使用相关空间坐标系及其相互转换,确定空间站绝对轨道和服务飞行器相对空间站分离/撤离、绕飞/悬停、交会对接等的标称轨迹,最后使用动力学C-W方程对航天器的相对运动进行建模,根据初始条件推算相对运动状态。（2）复杂结构碰撞检测算法。针对复杂结构模型的碰撞检测,重点研究凸体碰撞相关的理论基础、复杂模型的预处理和基于改进GJK算法计算凸体之间的距离,从而实现航天器之间相对运动的碰撞检测,提高碰撞检测的实时性。（3）基于航天器之间的相对运动和碰撞检测算法,选择国际空间站的在轨服务进行仿真实现。通过基于C++和OSG的网络、多线程和动态链接...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 在轨服务的发展现状
1.2.2 太空视景仿真技术研究现状
1.2.3 碰撞检测技术研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 论文内容安排
第2章 航天器相对运动建模
2.1 坐标系
2.1.1 空间坐标系
2.1.2 坐标系空间转换
2.2 轨道基础
2.2.1 空间站绝对轨道
2.2.2 服务飞行器标称轨迹
2.3 服务飞行器与空间站的相对运动
2.4 本章小结
第3章 复杂结构碰撞检测算法
3.1 相关理论基础
3.1.1 单形体
3.1.2 Minkowski和与Minkowski差
3.1.3 支撑点和支撑映射
3.1.4 分离轴定理
3.2 预处理
3.3 基于改进GJK算法的精确碰撞检测
3.4 本章小结
第4章 系统总体设计
4.1 任务背景
4.2 需求分析
4.3 系统设计
4.4 OSG介绍
4.4.1 OSG概述
4.4.2 OSGEarth概述
4.4.3 视景仿真渲染流程
4.4.4 实时图像显示
4.5 本章小结
第5章 系统实现及结果展示
5.1 空间复杂环境
5.2 三维模型获取
5.3 交互控制实现
5.4 碰撞预警信息
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]osgEarth在三维GIS开发中的研究与应用[J]. 韩哲,刘玉明,管文艳,王雷. 现代防御技术. 2017(02)
[2]空基电子系统三维显控框架设计与实现[J]. 靳慧亮,高文琦,刘立辉. 计算机技术与发展. 2017(04)
[3]基于Unity3D的卫星运行可视化系统设计与实现[J]. 田意翔,孙剑伟,朱瑞峰. 软件. 2017(02)
[4]航天器在轨服务技术体系解析[J]. 胡绍林,李晔,陈晓红. 载人航天. 2016(04)
[5]基于OSGEarth的大型三维空战场景的搭建[J]. 王雷,丁华. 软件. 2016(01)
[6]面向空间站在轨服务的人机系统概念设计[J]. 韩亮亮,杨健,陈萌,唐平,曾占魁,张崇峰. 载人航天. 2015(04)
[7]GJK算法的一种特殊情形的形式化验证和应用[J]. 安育龙,施智平,叶世伟,李晓娟,张杰,魏洪兴. 小型微型计算机系统. 2015(02)
[8]近地空间航天员训练视景真实感渲染技术研究[J]. 张炎,杜芳,黄鹏. 载人航天. 2014(06)
[9]基于GJK的凸体快速连续碰撞检测研究[J]. 刘丽,张国山,邴志刚,刘敏. 河北科技大学学报. 2014(05)
[10]基于改进OBB包围盒的碰撞检测算法[J]. 史旭升,乔立红,朱作为. 湖南大学学报(自然科学版). 2014(05)
博士论文
[1]空间机器人快速在轨抓捕动力学与控制研究[D]. 郭胜鹏.国防科学技术大学 2014
[2]航天器近距离操作自主防撞控制方法研究[D]. 杨维维.国防科学技术大学 2013
[3]虚拟环境中物体碰撞检测技术的研究[D]. 熊玉梅.上海大学 2011
硕士论文
[1]基于凸优化理论的航天器群智能碰撞规避技术研究[D]. 赵建新.南京航空航天大学 2015
[2]基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧组合导航系统研究[D]. 臧中原.北京理工大学 2015
[3]虚拟现实中碰撞检测算法研究[D]. 刘丽.天津大学 2014
[4]卫星编队协调控制的3D实时仿真[D]. 李鹏飞.哈尔滨工业大学 2014
[5]基于OSG的多源异构油藏模型三维可视化系统研究[D]. 申皓.辽宁师范大学 2014
[6]空间环境数据处理及可视化交互技术研究[D]. 黄正中.电子科技大学 2014
[7]基于中标麒麟的火箭飞行三维实时仿真系统的研究与实现[D]. 崔健.重庆大学 2014
[8]基于特征的网络增强现实装配系统研究[D]. 孙桂川.北京邮电大学 2013
[9]基于设计模式的多无人机地面站视景仿真系统设计与实现[D]. 孟曦.电子科技大学 2013
[10]基于osgEarth的校园虚拟漫游及信息显示系统研究[D]. 吴晓雪.大连海事大学 2013
本文编号：3468176
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 在轨服务的发展现状
1.2.2 太空视景仿真技术研究现状
1.2.3 碰撞检测技术研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 论文内容安排
第2章 航天器相对运动建模
2.1 坐标系
2.1.1 空间坐标系
2.1.2 坐标系空间转换
2.2 轨道基础
2.2.1 空间站绝对轨道
2.2.2 服务飞行器标称轨迹
2.3 服务飞行器与空间站的相对运动
2.4 本章小结
第3章 复杂结构碰撞检测算法
3.1 相关理论基础
3.1.1 单形体
3.1.2 Minkowski和与Minkowski差
3.1.3 支撑点和支撑映射
3.1.4 分离轴定理
3.2 预处理
3.3 基于改进GJK算法的精确碰撞检测
3.4 本章小结
第4章 系统总体设计
4.1 任务背景
4.2 需求分析
4.3 系统设计
4.4 OSG介绍
4.4.1 OSG概述
4.4.2 OSGEarth概述
4.4.3 视景仿真渲染流程
4.4.4 实时图像显示
4.5 本章小结
第5章 系统实现及结果展示
5.1 空间复杂环境
5.2 三维模型获取
5.3 交互控制实现
5.4 碰撞预警信息
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]osgEarth在三维GIS开发中的研究与应用[J]. 韩哲,刘玉明,管文艳,王雷. 现代防御技术. 2017(02)
[2]空基电子系统三维显控框架设计与实现[J]. 靳慧亮,高文琦,刘立辉. 计算机技术与发展. 2017(04)
[3]基于Unity3D的卫星运行可视化系统设计与实现[J]. 田意翔,孙剑伟,朱瑞峰. 软件. 2017(02)
[4]航天器在轨服务技术体系解析[J]. 胡绍林,李晔,陈晓红. 载人航天. 2016(04)
[5]基于OSGEarth的大型三维空战场景的搭建[J]. 王雷,丁华. 软件. 2016(01)
[6]面向空间站在轨服务的人机系统概念设计[J]. 韩亮亮,杨健,陈萌,唐平,曾占魁,张崇峰. 载人航天. 2015(04)
[7]GJK算法的一种特殊情形的形式化验证和应用[J]. 安育龙,施智平,叶世伟,李晓娟,张杰,魏洪兴. 小型微型计算机系统. 2015(02)
[8]近地空间航天员训练视景真实感渲染技术研究[J]. 张炎,杜芳,黄鹏. 载人航天. 2014(06)
[9]基于GJK的凸体快速连续碰撞检测研究[J]. 刘丽,张国山,邴志刚,刘敏. 河北科技大学学报. 2014(05)
[10]基于改进OBB包围盒的碰撞检测算法[J]. 史旭升,乔立红,朱作为. 湖南大学学报(自然科学版). 2014(05)
博士论文
[1]空间机器人快速在轨抓捕动力学与控制研究[D]. 郭胜鹏.国防科学技术大学 2014
[2]航天器近距离操作自主防撞控制方法研究[D]. 杨维维.国防科学技术大学 2013
[3]虚拟环境中物体碰撞检测技术的研究[D]. 熊玉梅.上海大学 2011
硕士论文
[1]基于凸优化理论的航天器群智能碰撞规避技术研究[D]. 赵建新.南京航空航天大学 2015
[2]基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧组合导航系统研究[D]. 臧中原.北京理工大学 2015
[3]虚拟现实中碰撞检测算法研究[D]. 刘丽.天津大学 2014
[4]卫星编队协调控制的3D实时仿真[D]. 李鹏飞.哈尔滨工业大学 2014
[5]基于OSG的多源异构油藏模型三维可视化系统研究[D]. 申皓.辽宁师范大学 2014
[6]空间环境数据处理及可视化交互技术研究[D]. 黄正中.电子科技大学 2014
[7]基于中标麒麟的火箭飞行三维实时仿真系统的研究与实现[D]. 崔健.重庆大学 2014
[8]基于特征的网络增强现实装配系统研究[D]. 孙桂川.北京邮电大学 2013
[9]基于设计模式的多无人机地面站视景仿真系统设计与实现[D]. 孟曦.电子科技大学 2013
[10]基于osgEarth的校园虚拟漫游及信息显示系统研究[D]. 吴晓雪.大连海事大学 2013
本文编号：3468176
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