基于视觉的空间交会雷达地面模拟系统

摘要

随着人类对宇宙空间探索的不断深入,空间交会日渐频繁,相应的空间交会测量技术变得至关重要。本文系统地研究了基于视觉的空间交会测量方法与技术,根据课题需求研制了基于合作目标的单目视觉测量系统,并将研究扩展至双目及多目视觉测量和非合作目标视觉测量。
　　首先,针对课题需求论证了空间交会雷达地面模拟的可行性,确立了视觉测量系统性能指标。针对所提指标,通过对视觉测量基本原理和PnP问题的深入探究,选定了视觉测量的整体架构和位姿估计算法。根据视觉测量的系统分析与方案设计,研制了基于合作目标的单目视觉测量系统,并利用空间交会地面仿真系统进行了性能测试,数据分析表明该系统性能指标满足预期标准。
　　在现有基础上,将测量方法的研究扩展到双目及多目视觉测量。在特定配置下推导给出一种无需匹配的双目位姿测量方法,并分析了相比传统双目立体视觉的优势。将算法推广延伸至通用的无需匹配双目及多目位姿测量方法,并针对特征提取误差和标定误差两种主要误差来源分别进行了算法仿真与分析。最后利用三轴高精度转台进行了单轴和三轴测试,实验结果表明该算法具有较高的求解精度,特别在近距段测量时具有显著的鲁棒性。
　　根据课题需要将研究对象进一步扩展,延伸到非合作目标的双目视觉测量。深入分析了非合作目标的特征基元构成,并针对预研课题选取四种特征基元进行测试,最终确定使用椭圆轮廓作为非合作特征。针对椭圆轮廓特点,提出一种以椭圆轮廓为特征的双目非合作视觉测量方法,通过算法仿真表明该算法具有良好的抗干扰能力和较高的求解精度。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 空间交会雷达地面模拟的可行性论证

1.3 空间交会测量研究综述

1.4 视觉测量技术进展综述

1.5 本文主要研究内容

第2章 视觉测量系统分析与设计

2.1 视觉测量性能指标

2.2 视觉测量算法设计

2.3 视觉测量方案设计

2.4 本章小结

第3章 基于合作目标的单目视觉测量系统

3.1 图像预处理算法

3.2 基于P3P算法的位姿解算

3.3 空间交会雷达地面模拟系统的研制

3.4 本章小结

第4章 基于合作目标的双目及多目视觉测量

4.1 特定配置下的无需匹配双目位姿测量方法

4.2 通用的无需匹配双目位姿测量方法

4.3 通用的无需匹配多目位姿测量方法

4.4 算法仿真与结果分析

4.5 实验结果与分析

4.6 本章小结

第5章 基于非合作目标的双目视觉测量

5.1非合作特征的选择

5.2 圆锥曲线的基本表达形式

5.3 基于椭圆特征的双目非合作视觉测量方法

5.4 算法仿真与结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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