基于交会对接仿真平台的位姿测量系统研究

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1、工学硕士学位论文基于交会对接仿真平台的位姿测量系统研究谢志伟哈尔滨工业大学2010年7月中图分类号：V526学校代码：10213 U.D.C.:629.78密级：公开工学硕士学位论文基于交会对接仿真平台的位姿测量系统研究硕士研究生：谢志伟导师：段广仁教授副导师：宋申民教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：2010年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：V526U.D.C.:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPOSIT

2、IONANDATTITUDE MEASUREMENTSYSTEMBASEDON RENDEZVOUSANDDOCKINGSIMULATIONPLATFORMCandidate：XieZhiweiSupervisor：Prof.DuanGuangRenDeputySupervisorProf.SongShenminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringDateofOralExamination：July,2010University：HarbinInstitut

3、eofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要两个航天器在空间实现交会对接是一项高难度航天技术，而相对位姿测量技术更是交会对接过程中的关键技术。随着空间交会对接技术的发展，航天器的相对位姿的测量显得尤为重要。本文系统的研究了视觉测量中的摄像机标定、图像特征提取、相对位姿测量等技术。完成了相对位姿测量系统的设计和实现，通过对仿真平台实际实验中数据的检测，验证了本文设计的测量系统的可行性。本文研究了机器视觉中的相机模型和成像模型，根据CCD相机成像原理，分析了相机标定技术在视觉测量中的重要性，详细介绍了较为稳定和灵活的张氏标定算法，并利模板进行相机的标定，标定效果较好，为整

4、个测量系统后续的特征点提取和坐标求取提供了精度依据。从实际需求出发，系统研究了的种子填充算法、特征点坐标提取算法、单目位姿测量算法、双目位姿测量算法，最后确定了较为快速的改进种子填充算法和对特征点需求较少的POSIT算法应用到视觉位姿测量中，保证了位姿计算的精度和计算效率。利用实验室现有设备和平台，进行了整个测量系统的软件设计和硬件结构设计安装，针对单目视场角受限和目标体可能受到遮蔽的情况，使用了单双目混合计算并融合IMU数据的设计方案，在实际仿真平台中经多次试验效果较好。关键词：交会对接；视觉测量；特征点提取；相机标定-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRendez

5、vousanddocking(RVD)processisaveryperplexedtechnology,and measurementtechnologyisthekeysectioninRVD.Withthedevelopmentof technologiesinRVD,therelativepositionandattitudemeasurementofspacecraftis verysignificant.Inthisdissertation,thekeytechnologiesofcameracalibration,image featureextractionandme

6、asurementoftherelativepositionandattitudehavebeen investigated.Meanwhile,designandimplementationofmeasurementsystemforthe relativepositionandattitudeofspacecrafthavebeendone.Accordingtoexperimental datadetectedfromthesimulationplatform,thissystemhasbeenprovedtobefeasible. Themodelsofcameraandim

7、aginginmachinevisionhavebeenstudied,inthis thesis.BasedontheimagingprincipleofCCDcamera,itisdescribedthatcamera calibrationiscentralinthevision-basedmeasurement.Thus,astableandflexible Zhang-calibrationalgorithmhasbeenintroducedin