南京航空航天大学：基于飞行时间传感器的航天器位姿确定系统设计方法 | SPACE导读

基于飞行时间传感器

航天器位姿确定系统设计方法

The hardware system

       然后，作者详细论述了反射器特征提取方法，共包含四个步骤。合作目标上的圆形反射器标记由特殊的反射材料制成，因此其反射强度会高于图像背景。于是，第一步是图像预处理，即使用原始灰度阈值和滤波阈值对灰度图像进行两次分割，反射器标记所在的区域即可被定义为活跃像素集。第二步是在经过预处理的单个ToF图像中寻找反射器标记点集；第三步是确认检测到的反射器标记。虽然基于形态学的检测方法很简单，但存在检测缺失的风险。因此当检测到的标记数与设计值不匹配时，作者采用了椭圆检测方法进行核查和补充。椭圆检测方法也包含三个步骤：边缘检测、线段检测和椭圆检测。反射器特征提取的最后一步是计算反射器质心。

       接着，作者论述了特征匹配方法。分别介绍了匹配集的定义，确定性退火算法的原理以及算法实现过程。同时，介绍了基于奇异值的位姿估计方法。最后，作者通过实验验证了所提出位姿确定系统在交会对接任务中的可行性。实验系统由三轴转台、ToF相机、目标和软件组成。首先，基于两组反射器标记验证了所提出目标检测方法的有效性。然后，使用两组距离设置测试了系统的稳定性。结果表明，针对俯仰角和偏航角高度耦合以及ToF和目标平面并行校准会影响测量结果这两个问题，改进的位姿计算算法能够消除耦合，同时确保结果的准确性。之后，通过将ToF测量值与平台测量值的偏差进行比对，验证了三轴方向测量结果的高精度。最后，作者指出了所提出方法在后续研究中的两个改进方向，第一，所设计ToF测量范围需要根据其他任务要求进行扩展；第二，所提出算法考虑的反射器结构相对简单，具有复杂结构和构型反射器的方案需要进一步研究。

      分别于1997年和2001年在国防科技大学取得硕士和博士学位。2002年至2016年期间，曾任国防科技大学副教授、教授。现为军事科学院研究员。同时担任国际宇航科学院（IAA）院士、国际宇航联合会（IAF）委员、中国宇航学会机器人技术委员会成员等。发表学术论文200余篇，研究方向包括航天器系统工程、航天器系统先进数字化设计和飞行器多学科设计优化。

联系我们