无人机位姿测量的点特征视觉方法

针对无人机在动态环境下快速高精度定位的问题,提出了用单目相机对无人机上的人工特征点进行位姿解算的方法。在无人机上放置一定数量的小型LED灯,并将其作为视觉测量的特征点,并以其中一个点作为原点建立无人机机体坐标系。通过多场景测量确定特征点在机体坐标系下的三维位置,再将三维位置与特征点在图像中的成像位置相匹配,最后使用EpnP算法求解出无人机的位置和姿态。在实验部分,利用三轴移动平台和三维转台,分别对位置解算结果和姿态解算结果进行误差测量。试验结果表明,位置解算误差在2%以下,姿态误差在8%左右。同时,该算法的处理时间在2 ms左右,该算法可以满足无人机对定位的实时性和精度的要求。     

基于多传感器测量的航天器舱段自动 对接位姿调整方法

针对航天器舱段对接通常采用的手工操作方式效率低、精度差和可靠性难以保证的问题,研发了一种基于多传感器测量的舱段自动对接装置,其中舱体位姿的测量和调整是保证对接质量和效率的关键因素。提出了一种基于激光轮廓传感器和CCD图像传感器等多传感器协同测量的舱段六自由度位姿估计和调整方法。首先,采用激光轮廓传感器对舱体进行扫描,获取位姿三维点云信息,并采用改进的最小二乘法对被测舱段位姿进行求解;然后,通过CCD图像传感器获取舱段对接孔位置,通过圆拟合计算角度偏差,求解和拟合的结果将反馈至控制系统进行调姿和对接。采用Gocator 2350激光轮廓传感器及大恒MER-1810-21U3C工业相机进行舱体测量和对接实验,结果表明,舱体位姿调整精度和效率均达到对接要求。该方法结合了激光轮廓传感器的可靠性和机器视觉的灵活性,有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性,足以满足未来军用以及民用的需求。      

可见光/激光组合的相对位姿测量研究

针对可重构航天器模块超近距离对接场景下特征点消失问题,提出一种可见光/激光的高精度相对位姿测量方法。该方法先通过可见光/激光组合对初始相对横滚角误差进行校零,完成粗校准环节;然后通过激光二维双镜反射法进行精确的相对位姿解算,获得高精度相对位姿数据。仿真结果表明,在现有技术条件下,该方法在模块相对距离在100cm内可不依赖视觉特征点,实现±1.2mm和±0.03°的相对位姿测量精度,为模块航天器对接后续的超近距离高精度位姿控制奠定基础。     

基于视觉技术的非合作航天器相对位姿测量方法

提出一种基于特征信息融合的非合作目标相对位姿测量方法,该方法以航天器自有的特征信息作为识别目标,采用椭圆轮廓和特征角点相结合的方法对非合作目标特征进行识别,解决了位姿测量中无合作标志器提供理想特征信息的问题。针对典型的卫星目标模型,进行了非合作目标相对位置姿态测量方法的验证试验,实验结果表明:该方法可以成功识别目标物体并对目标物体进行准确定位。     

面向立方星的相对位姿测量视觉传感器设计

针对立方星在轨服务任务中的近距离相对导航问题,提出一种相对位姿测量视觉传感器设计.为应对空间复杂的光照条件,设计一种具有多层结构的立体靶标,选取波长为850nm的LED灯作为立体靶标的光源.在相机镜头处安装850nm的红外窄带滤镜以提高立体靶标成像质量.为提高视觉传感器的测量精度,提出一种迭代直接求解(iterativ...     

单目视觉三维运动位姿测量方法研究

针对基于点特征的单目视觉位姿测量,研究了一种基于不共面5个编码特征点的单目视觉解算算法,利用大靶面高分辨率相机采集运动物体姿态图像,利用目标物体上编码特征点间的几何约束关系,通过正交迭代解算算法完成目标物体的位姿测量。实验结果表明：位移测量不确定度优于0.5mm,姿态测量不确定度优于0.05°,可满足航空航天领域试验测量要求。     

一种气浮模拟器位姿状态跟踪测量方法研究

气浮模拟器为了模拟空间飞行器在地面状态的姿态运动和轨道机动运动,需要在大平面空间和大角度空间范围内运动。运动控制和实际运动位置和姿态形成闭环控制,需要一种在超大平面空间范围内快速测量位置和姿态的测量方法和策略,从而提供高精度闭环控制。用iGPS和惯导同步测量模拟器的位置和姿态,通过飞轮和冷气喷嘴伺服动作,实现了气浮模拟器的位置和姿态跟踪,可以广泛应用于其他超大尺度空间位置和姿态测量跟踪。     

基于位姿测量不确定度的飞机对接质量评估

针对基于位姿的数字化测量辅助飞机大部件对接技术的发展与应用,对位姿测量不确定度以及基于不确定度的质量评价方法进行了研究.给出了数字化对接环境下大部件位姿的数学表达形式及意义.提出了基于协方差矩阵的位姿测量不确定度解析算法,并通过仿真算例与蒙特卡洛仿真法进行了对比,验证了该算法的有效性.给出了飞机大部件对接过程数字化测量工艺能力指数的概念,用于对测量结果的可信性进行评价;通过构建位姿测量不确定度与对接质量评估指标间的映射关系,提出了一种基于位姿测量不确定度的大部件对接质量评估方法,并以机翼-机身对接过程为案例,对方法的可行性、算法的有效性进行了验证.     

对失效卫星特征点的自适应位姿跟踪控制

为满足对失效卫星上某个特征点位置悬停的同时使追踪星上敏感器指向该特征点,展开了对失效卫星特征点与追踪星间相对动力学建模与控制的研究。在追踪星本体坐标系下建立了六自由度相对位姿动力学模型,并结合失效卫星上特征点的运动规律,给出追踪星的期望跟踪位置和期望跟踪姿态。考虑到追踪星质量、转动惯量、系统所受扰动力、扰动力矩及失效卫星转动惯量的不确定性,设计了复合自适应位姿跟踪控制律,并通过Lyapunov法证明了闭环系统稳定性。对输出受限情况,采取设计控制参数调节过程及输出限幅措施。在仿真条件下,系统在自适应控制律下能够以位置误差约1cm、姿态误差约0.01°完成位姿跟踪任务;增大不确定参数偏差后,位置跟踪误差增至约7cm,姿态误差增至约0.1°;对控制参数进行调节后,可在不影响跟踪精度的条件下在指定范围内限制输出幅值,将幅值限制在指定范围内,并减小控制所需冲量的9%和冲量矩的30%。     

一种基于双目视觉的卫星相对位姿测量方法

卫星位姿测量技术是与航天飞行器相关的空间操控活动中一项核心的支撑技术.考虑到太空环境中光源单一,且卫星表面一般为反光材质,提出了一种基于双目视觉的卫星相对位姿测量方法.在卫星面板标志点可见时,本文方法利用卫星对接环外环和卫星面板标志点测量卫星相对位姿.在卫星距离对接目标较近,无法观测到卫星面板标志点时,本文方法利用ORB特征点匹配测量位姿.为了增强鲁棒性,本方法还利用光流追踪法和卡尔曼滤波器优化位姿测量的结果.仿真实验结果表明,本方法能够在光源单一背景下对任意种类的卫星在对接过程中进行准确的位姿测量.     

基于三维数字图像相关法的应力测量技术

介绍了一种基于三维数字图像相关法的模型表面应力测量系统,采用两台高速摄像机同步采集被测模型表面图像,以模型表面的散斑作为载体,通过图像子区立体匹配算法匹配被测模型变形前后两幅散斑图像中的不同图像子区,解算得到模型上不同点的三维坐标值,获得模型表面的三维变形信息,实现模型表面非接触、动态实时的应力测量。     

星载天线展开过程立体视觉动态测量技术

介绍了基于立体视觉原理的星载天线动态展开过程测量方法,通过基于标准长度的标定方法、双目立体视觉交会坐标解算和动态多目标点识别跟踪等关键技术的研究,实现了对可展开天线各关节点在展开过程中的三维运动轨迹的测量,并实现了试验验证。试验结果表明,该方法可获得各关节点在不同时刻的三维点坐标,解算出展开运动的运动速度、加速度和展开后的面型等参数,为大型可展开天线柔性机构设计、动力学分析和展开可靠性分析等提供必要的参考。     

Pose measurement and motion estimation of non-cooperative satellite based on spatial circle feature

Malfunctioned satellites have seriously threatened orbital safety, and the capture of these satellites is of great significance. The pose measurement and the motion estimation of the tumbling satellite is the premise of capture. In this paper, the docking ring of the satellite is identified, which is equivalent to a spatial circle. Combined with the nozzle feature, the pose duality of the spatial circle can be eliminated. And the measurement accuracy is improved by minimizing the reprojection error of the docking ring and the nozzle. Due to the symmetry of the docking ring, the measured pose has only five degrees of freedom, losing the degree of freedom of rotation around the normal vector. In the motion estimation algorithm, the observability of the tumbling motion is firstly analyzed, then an error-state Kalman filter with inertia ratio constraints is designed. To improve the convergence speed and stability of the filter, a rough estimation algorithm of filter initial value based on linear term extraction and particle swarm optimization is proposed. The effectiveness of the pose measurement and motion estimation method is verified by simulations.     

基于结构光的空间大目标特征重构与位姿测量

针对因缺少空间非合作大目标的全局特征而难以实现相对位姿测量的问题,提出利用点状光源与单目光学相机组成点结构光视觉测量系统进行特征重构与位姿测量的方法。以非合作大目标上尺寸未知的局部矩形特征为测量对象,首先建立点结构光视觉测量系统相对位姿测量模型;接着利用相对约束关系给出特征重构方法并获得隐性特征点;然后利用特征点计算测量系统与非合作大目标之间的相对转移矩阵得到相对位置和姿态。通过数字仿真校验该方法的有效性并对测量误差因素进行分析,仿真结果表明该测量方法是有效的。     

星箭分离过程力学环境参数测量方法研究CSCD

对航天运载器飞行过程中的力学环境实时、高精度、低资源占用率测量方法进行了研究,特别针对星箭分离过程的复杂力学环境,提出通过预置控制方式,完成冲击、噪声测点的测量资源复用。比较了传统冲击、噪声源码采集地面处理测量模式与飞行中实时处理方式的差异,得出在有限测量资源下准确完成星箭分离过程中力学环境参数测试新方法,为工程实践应用提供依据。     

基于激光扫描技术的大型船舶舱容量计量技术研究

介绍了一种应用三维激光扫描技术,采集获取船舱三维点云数据,对点云数据进行配准、修补,完成船舱内部构件精细建模,快速高精度的重建大型船舱三维模型,实现大型船舱容量快速计算的方法。运用三维激光扫描技术完成158000吨大型油轮液货舱容量计量,通过与传统容量计量方法进行比对分析,解决了单点数据采集模式弊端,达到了大型船舶舱容量快速、精准计量效果。     

基于多传感器数据融合技术的力学量测量系统研究

多传感器的数据融合已经在系统智能检测领域得到越来越多的应用,本论文针对传统的数据融合算法未考虑传感器自身可靠性这一不足,分析了面向传感器可靠性的数据融合算法,并在多元力学参数检测系统中加以应用,给出了系统的总体框架,并对数据融合的具体应用进行了分析,这对于进一步提高力学参数的智能传感检测及数据融合的研究具有一定的借鉴意义。     

基于中波红外热成像的温度场测量技术研究

随着红外探测技术的不断发展,基于中波红外热成像的测温技术得到了越来越广泛的应用。在研究中波红外成像系统测温原理的基础上,探讨了黑体辐射定标技术,以及环境辐射和定标数据处理方法对测温准确度的影响,提出了一系列的处理方法,实现了一套基于红外成像的温度场测量方案,并有效补偿了环境辐射对测量结果的影响,同时降低了定标数据拟合引起的误差,使测温准确度得到了很好保证。     

在片S参数测量系统校准技术研究CSCD

在片S参数测量系统在半导体行业裸芯片测量中得到了广泛的应用,但是国内在片S参数测量系统无法有效溯源的现状影响了高端裸芯片产品的研发进度。为了建立该类系统的校准能力,本文研制了微带形式的在片校准件、在片传递标准件和在片检验件三类标准样片,搭建了高准确度的在片S参数传递标准件定标系统,通过HFSS仿真方法使得在片S参数溯源至几何量基准,最终建立了在片S参数测量系统中传输参数的计量校准能力,为最终完成在片S参数测量系统校准奠定了技术基础。