空间交会对接中光学测量技术研究

【摘要】： 本文以空间飞行器的自主交会对接为应用背景，在近距离段采用光学成像敏感器实现两飞行器相对位置及相对姿态的实时精确测量。 文中首先阐述了光学测量的基本原理，在此基础上建立了双目视觉测量模型，讨论了两飞行器之间的相对位置及其相对姿态的测量方法。在目标器上配置多特征点的条件下，建立了运动参数的测量模型，并对此模型进行了误差分析，得到影响测量精度的误差因素；同时，为保证目标器的特征点在整个交会对接过程中不溢出视场，提出了在100m～2m的交会对接过程中对CCD视场角的约束条件。 围绕着提高测量精度的要求，分析了影响CCD图像质量的三类随机噪声，建立局部统计特性为高斯分布的简化图像噪声模型，利用线性最小均方误差滤波器对图像进行预处理，而后根据特征点的亮度和形状特征对特征像点进行检测，进一步在特征像点的匹配中采用自适应的质心迭代算法提高跟踪精度。考虑在近距离段两飞行器之间的相对速度很慢，利用卡尔曼滤波器来对目标器的状态量进行预测和滤波处理。 最后介绍了TMS320C6000系列主要模块和主要特点，重点阐述基于C6201的信息处理机中的数据处理模块。在工程实现中，设计了基于高性能DSP的光学测量系统。在光学标定实验室进行空间交会对接的缩比模型仿真实验，验证了系统的可行性。