航天器大型柔性太阳翼挠性形变视觉测量优化设计.pdf

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1、第２２卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６２０１６年１２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＤｅｃ．２０１６航天器大型柔性太阳翼挠性形变视觉测量优化设计１１２郎燕，于丹，刘鹏（１．北京控制工程研究所，北京１０００９４；２．哈尔滨工业大学模式识别研究中心，哈尔滨１５０００１）摘要：精确辨识出太阳翼的挠性参数有助于修正太阳翼动力学模型，为航天器控制系统的优化设计提供依据。基于非接触方式的在轨双目视觉测量可以最大程度保留太阳翼的完整性和功能性。讨论了美国、俄罗斯开展的太阳翼视觉测量在轨试验和标志物选择情况，针对未来航天器大型柔性太阳翼形变的在轨

2、测量需求，设计了一种兼顾大视场和高精度的两组双目相机测量方案，给出了一种快速、高可靠地目标点检测和匹配算法，仿真结果表明该算法可有效提高测量精度。针对阴影区中不同照明条件下的标志点尺寸和材料的选择进行了试验研究，为在轨验证提供了依据。最后分析了不同观测角度时目标点的测量误差。关键词：大型柔性太阳翼；挠性形变；在轨测量；双目视觉中图分类号：Ｖ４４８?２５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０６⁃０７８１⁃０７ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＯｎ⁃ｏｒｂｉｔＶｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎＳｐａｃｅｃｒａｆｔＬ

3、ａｒｇｅＦｌｅｘｉｂｌｅＳｏｌａｒＡｒｒａｙｓＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ１１２ＬＡＮＧＹａｎ，ＹＵＤａｎ，ＬＩＵＰｅｎｇ（１．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；２．ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｏｌａｒａｒｒａｙｓ

4、ｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｍｏｄｉｆｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｏｌａｒａｒｒａｙｓ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｂｉｎｏｃｕｌａｒｖｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｎｏｎ⁃ｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｃａｎｋｅｅｐｔｈｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌａｒａｒｒａｙｓｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｘｔｅｎｔ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｓｏｌａｒａｒｒａｙ

5、ｓｖｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｒｋｅｒｓｉｎｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓａｎｄＲｕｓｓｉａｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｆｕｔｕｒｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｌａｒｇｅｆｌｅｘｉｂｌｅｓｏｌａｒａｒｒａｙｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｔｗｏｇｒｏｕｐｓｏｆｂｉｎｏｃｕｌａｒｃａｍｅｒａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｌａｒｇｅｖｉｓｕａｌｆｉｅｌｄａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｃ

6、ｉｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄａｑｕｉｃｋａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｍａｒｋｅｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｍａｔｃｈｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｅｎ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍａｒｋｅｒｓｉｚｅａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｇｈｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅ

7、ｓｈａｄｏｗａｒｅａｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｍａｒｋｅｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎ⁃ｇｌｅｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅｆｌｅｘｉｂｌｅｓｏｌａｒａｒｒａｙｓ；ｆｌｅｘｉｂｌｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｂｉｎｏｃｕｌａｒｖｉｓｉｏｎ［１］阳翼会产生挠性变形。随着航天技术的发展，１引言平台设备和载荷设备对整星功率需求

8、越来越大，太阳翼上的太阳能电池阵为航天器提供正常因此太阳翼尺寸也越来越大。在整星质量和功率工作所必需的能源。在航天器轨道控制和姿态控的双重约束下，采用复合材料的大型柔性太阳翼［２］制过程中，推