基于单目视觉的空间目标操控系统相对导航算法研究

发布时间：2022-12-17 17:13

　　由于人类航天活动的日渐频繁,随之而带来一系列的太空碎片,对宇航员及太空空间产生巨大威胁,严重影响了人类对太空的开发,发展太空碎片清除技术对我国卫星运行环境、通信服务及国防安全等具有重大意义。基于单目视觉的激光移除碎片技术是一种清洁安全有效的碎片主动清除技术,特别是对小目标碎片的清除,这类碎片往往是数量庞大,并且运行的轨道都是随机的。目前,此技术主要是由单目相机拍摄目标图像序列,并由导航计算机进行目标位姿解算,跟踪目标并清除目标。本设计对空间目标操控系统中视觉系统采用FPGA+DSP构架,用FPGA对图像实现并行处理,提取图像特征,DSP进行位姿解算直接输出结果,从而实现FPGA与DSP的并行工作模式,提高了单目视觉系统的性能。本文主要研究了空间目标操控系统中的视觉系统,包括视觉系统硬件电路的设计、提高视觉数据更新率的FPGA图像预处理和算法设计、单目视觉图像处理技术和空间目标相对导航算法研究,具体研究工作如下:设计视觉系统的硬件结构,在此基础上,对比传统串行工作模式和并行流水工作机制工作时间,得到提高数据更新率的方法。目前的视觉处理系统大都是串行模式,即图像的曝光,图像的存储,图像的处... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 空间目标操控系统概述
        1.2.1 空间目标操控系统功能及概述
        1.2.2 空间目标操控系统组成及关系
    1.3 空间目标操控系统研究现状
    1.4 单目视觉相对导航算法研究现状
        1.4.1 国内外研究现状
        1.4.2 单目视觉PnP问题研究现状
    1.5 主要研究内容及章节安排
第2章 空间目标操控系统概述
    2.1 引言
    2.2 空间目标操控系统总体框架组成
        2.2.1 伺服系统
        2.2.2 激光系统
        2.2.3 视觉系统
    2.3 伺服系统
        2.3.1 伺服系统硬件结构
        2.3.2 伺服系统软件流程
    2.4 激光系统结构组成
    2.5 视觉系统
        2.5.1 硬件设计
        2.5.2 软件设计
    2.6 基于单目视觉的相对导航算法
        2.6.1 相对导航算法原理
        2.6.2 目标定位与提取
        2.6.3 相对导航计算
    2.7 本章小结
第3章 基于单目视觉的目标提取与识别
    3.1 引言
    3.2 成像模型
        3.2.1 线性成像模型
        3.2.2 非线性成像模型
    3.3 工作模式
        3.3.1 传统串行模式
        3.3.2 并行流水模式设计
    3.4 图像去噪滤波
    3.5 图像特征提取
        3.5.1 图像特征点设计
        3.5.2 表面图案设计
        3.5.3 图像轮廓提取
        3.5.4 特征点坐标提取
    3.6 算法仿真
        3.6.1 轮廓提取的仿真
        3.6.2 特征点坐标提取的仿真
    3.7 基于FPGA实现特征提取
    3.8 本章小结
第4章 基于单目视觉的相对导航算法
    4.1 引言
    4.2 PnP问题的闭式解
        4.2.1 直接线性变换
        4.2.2 EPnP算法
    4.3 PnP问题的迭代解
        4.3.1 POSIT算法
        4.3.2 L-M迭代算法
    4.4 算法实验分析
    4.5 L-M算法设计步骤
    4.6 本章小结
第5章 单目视觉相对导航系统实验验证
    5.1 引言
    5.2 单目视觉硬件系统
    5.3 单目视觉相对导航系统标定
    5.4 地面实验验证及数据分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]星载偏振相机帧转移模糊效应校正方法研究[J]. 翁建文,袁银麟,郑小兵,康晴,涂碧海,李健军,洪津.  光学学报. 2019(12)
[2]基于FPGA+DSP弹载SAR信号处理系统设计[J]. 陈勇.  电子技术应用. 2019(09)
[3]基于DSP+FPGA+CPLD的电力电子设备通用控制器[J]. 刘魁,刘健,管增伦,刘如成.  电子技术应用. 2019(04)
[4]模糊PID控制在电机调速系统中的应用[J]. 刘光星,贺刚,张毅.  电子测试. 2019(02)
[5]基于PMAC的四轴桁架机器人控制系统设计[J]. 朱家诚,杨少锋,余深泽,吴彬,吴焱明.  现代制造工程. 2018(10)
[6]基于FPGA的Sobel边缘检测算法研究与实现[J]. 孙百洋,冷建伟,赵嘉祺.  化工自动化及仪表. 2018(03)
[7]二维合作目标的单相机空间位姿测量方法[J]. 王向军,曹雨,周凯.  光学精密工程. 2017(01)
[8]基于PMAC的码垛机器人模糊PID算法研究[J]. 白晶,于喜红,秦现生.  机械设计与制造工程. 2016(03)
[9]Sobel边缘检测算子的改进研究[J]. 高飞,黄启宏,程卫东,李丹.  数字技术与应用. 2016(01)
[10]空间碎片环境现状与主动移除技术[J]. 龚自正,徐坤博,牟永强,曹燕.  航天器环境工程. 2014(02)

博士论文
[1]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
[2]车载光电跟瞄系统控制技术研究[D]. 薛乐堂.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]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]. 张永亮.国防科学技术大学 2009

硕士论文
[1]面向航天器在轨服务的鲁棒单目视觉导航方法研究[D]. 江春.南京航空航天大学 2017



本文编号：3720318