一种航天器对接姿态校正参数测量方法

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1、第36卷V01．36第23期No．23计算机工程ComputerEngineering2010年12月December2010·工程应用技术与实现·文章编号：100m一3428(20lo)2》枷246—03文献标识码：A中图分类号：N945．12一种航天器对接姿态校正参数测量方法辛勤，李双勋，粘永健(国防科技大学电子科学与工程学院，长沙410073)摘霎：利用圆环投影推导三维空阃中航天器相互姿态关系的数学模型，对圆环投影的检测方法进行初步讨论，提出一种基于圆环投影检测的航天器对接校正参数测量方法。该方法能直观地获取航天器对接过程中跟踪航天器的姿态校正角度参数，且不必在目标航天器布

2、设特征光点，为实现空间航天器准确对接提供了实用、有效的解决方案。关键词：航天器；对接；分割；投影MeasurementMethodforPositionandPoseAdjustmentParameterofSpacecraftRendezvousXINQin，LIShuang-xun，NIANYong-jian(CollegeofElectronicScienceandEngineering，NationalUniv．ofDefenseTechnology，Changsha410073，China)[Abstract]TKspaperdrawsthethree-dimensio

3、nmathematicalmodeltOestimatethepositionandposeparametersbetweenspacecraftsbyutilizingbothcircularprojectionandthemethodforcircularprojectiondetection．Anapproachforadjustmentparametermeasurementforspacecraftrendezvousbasedoncircularprojectiondetectionisproposed．Theadjustmentparameterforthetrac

4、kingspacecraftcanbeacquireddirectly，avoidingthearrangementforthespecialreferencelightpointonthetargetspacecraft．Itismorepracticalandfeasibleforspacecraftdocking．[Keywords]spacecraft；rendezvous；segmentation；projection1概述航天器交会对接技术是航天工程中重要的核心技术之一。为了跟踪航天器(保证飞船)与目标航天器(空间站)的精确对接，国际上常用的方法是在2个飞行器对接的最

5、后阶段，利用光学成像方式来判断它们的相对的位置和姿态，进而获得跟踪航天器的姿态调整参数给出动力控制信息。但无论是国外[。3]还是国内[捌，已有利用光学成像姿态参数测量方法，大部分都是事先在目标上布设特征光点，并通过对特征点在CCD上成像的分析和计算来获得跟踪航天器和目标航天器之间的相对位置和姿态。这种设计思路不仅计算复杂，跟踪航天器姿态调整参数的获取也不直观，而且在空间中已存在的目标航天器上面布设所需要的光学特征点将导致实现成本较高。本文利用航天器自身为圆柱体的特点，提出一种基于圆环投影检测技术的航天器对接姿态校正参数测量方法。该方法具有无需设定特征光点，姿态调整参数获取直观等特

6、点。类似的方法在工业产品检测中也得到了应用[7]。2空间参数测量模型一般情况下，在跟踪航天器上设置一台高分辨率的摄像机，与图像采集与处理设备连接到一起。计算机控制摄像机对目标特征点的图像进行实时采集，通过计算特征点在不同坐标系下的坐标关系，计算出跟踪航天器与目标航天器之间的相对位置与姿态关系。空间飞行器在对接过程中，为了尽量避免对接部位吻合不良情况的存在，通常采用正圆形的接口作为飞行器对接的接口。若跟踪航天器上的摄像机对其进-———246--——行成像，则成像结果必为椭圆形状。而利用成像得到的这个椭圆便可以计算得到跟踪航天器与目标航天器之间的姿态调整参数。这为人们利用光学成像技术

7、发现目标航天器的姿态特征提供了新的途径。2．1空间几何关系图1描述了目标航天器接口部位在跟踪航天器CCD上面的成像投影关系。由于只关心投影平面和被投影平面的角度关系，因此本文忽略成像结果与实际目标大小的相互关系。Ⅳ’图1目标成像投影关系P作者简介：辛勤(1973一)，男，副教授、博士，主研方向：图形图像处理；李双勋，讲师、博士f粘永健，博士研究生收稿日期：2010—05—27E-mail：ym_xin@163．corn图中正圆形(旃BCD为目标航天器接口部位的简化示意图，其中，线