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卫星编队物理仿真系统多参数视觉测量方法及仿真验证

焦然  
【摘要】:卫星编队飞行技术被认为是卫星应用的必然趋势,编队飞行的地面仿真是对编队飞行技术研究的基础。为了能够对卫星编队飞行进行模拟实验,需要对多个卫星模拟器的位置和姿态参数进行实时测定,并将测量参数引入控制系统中,以实现各种编队飞行。由于计算机视觉测量具有非接触、易实现、精度高等特点,本文根据编队飞行模拟实验的测量要求,对多目标多参数视觉测量方法进行研究,具体研究内容包括: 针对本视觉测量系统需要对多个卫星模拟器进行识别,并需要确定每个卫星模拟器的位姿参数的特点,提出了在卫星模拟器表面设置具有编码信息的测量靶标,以利于对卫星模拟器的识别和位姿参数的求取。由于圆形结构简单,且具有投影中心不变等特点,设计了一种以圆形为基本特征的编码靶标结构。对此编码靶标的二进制编码方法、编码容量和编码正方向等问题进行了探讨,得以确定二进制编码靶标的设计方法。引入了编码汉明距离的概念,根据汉明距离的大小所对应的编码检错能力,提出了具有容错能力的二进制编码设计方案,依据此方案设计的编码靶标可以增强视觉测量的鲁棒性。 针对多个编码靶标的识别和位姿参数的求取,对具有多个编码靶标的图像分割问题进行了探讨,提出了基于图论的编码靶标聚类分割算法,并对此算法进行仿真验证,结果表明此算法对编码靶标的分割起到了很好的效果,同时此算法也适用于编码靶标编码信息缺失的情况。采用最小二乘拟合方法对属于同一编码靶标上的特征点进行椭圆拟合,提出了利用此椭圆信息求取编码靶标位姿参数的方法,并对此方法进行仿真验证,结果表明此方法能够对编码靶标的位姿参数进行较为精确的确定。 最后,对基于编码靶标的多目标多参数视觉测量方法进行了仿真验证,并针对编码靶标分割算法较为复杂和位姿参数求取的多值问题,分别提出了对编码靶标的位置和姿态参数进行状态预估的方法,从而简化了算法的复杂度,提高了算法的执行效率,同时使得编码靶标的姿态参数得以唯一确定,实验结果表明此视觉测量方法能够很好的满足测量任务。


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