[發(fā)明專利]雙介質(zhì)下基于雙目視覺的目標(biāo)姿態(tài)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210008620.0
• 申請(qǐng)日: 2012-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN102607526A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉;郭寶龍;任龍;陳龍;胡博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C11/00
• 分類號(hào): G01C11/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及在不同介質(zhì)中光線傳播會(huì)產(chǎn)生折射的雙介質(zhì)條件下，對(duì)目標(biāo)物體位姿的測(cè)量方法，可用于航天器在水下模擬太空環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)航天器姿態(tài)的測(cè)量。

背景技術(shù)

航天員進(jìn)行太空活動(dòng)是我國載人航天技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵步驟。利用航天員的出艙活動(dòng)可以完成觀測(cè)地面目標(biāo)、在軌維修和組裝大型空間設(shè)施等任務(wù)。但是，航天員的出艙活動(dòng)又是極其昂貴和帶有極大風(fēng)險(xiǎn)性的空間作業(yè)任務(wù)。美國航宇局的資料表明，空間出艙活動(dòng)1小時(shí)，在地面至少要完成100多小時(shí)的模擬練習(xí)。在失重狀態(tài)下，人體不能保持平衡，動(dòng)作姿態(tài)完全失控，全身也難以穩(wěn)定，呈現(xiàn)飄浮的自由態(tài)，身體任何局部姿態(tài)的改變，都將有可能引起全身的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且由于航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)要通過繩索與航天器連接在一起的，因此航天員的出艙活動(dòng)會(huì)對(duì)航天器的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)產(chǎn)生影響。本發(fā)明主要研究的是航天員在進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)的航天器姿態(tài)的測(cè)量，并通過分析研究得出的數(shù)據(jù)對(duì)航天員的活動(dòng)做進(jìn)一步指導(dǎo)，同時(shí)對(duì)航天器的姿態(tài)進(jìn)行修正。

一般來說，所謂人機(jī)整合艙外活動(dòng)的模擬失重試驗(yàn)是在地面條件下模擬出一種微重力的環(huán)境后，將人、艙外航天服和載人航天器看作為一個(gè)系統(tǒng)整體，分析影響人和航天器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的因素，據(jù)此提出相關(guān)的設(shè)計(jì)措施。

評(píng)價(jià)載人航天器采用的各種機(jī)構(gòu)在失重環(huán)境下能否工作正常、性能是否可靠、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)是否符合要求等，但是若要在水下完全逼真地再現(xiàn)空間失重，必須提供六自由度運(yùn)動(dòng)，模型和空間物體在大小和形狀上要相似，模型的質(zhì)量和慣性矩必須復(fù)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)體的質(zhì)量和慣性矩，水下模擬的影響因素必須減至可接受的水平。所以對(duì)航天器位姿的測(cè)量研究，不僅可以檢驗(yàn)中性浮力水槽所提供的模擬環(huán)境是否符合要求，同時(shí)得出的位姿數(shù)據(jù)對(duì)真實(shí)情況下航天員的出艙活動(dòng)，航天器的運(yùn)行狀況分析都具有極為重要的指導(dǎo)意義。

當(dāng)前對(duì)航天器姿態(tài)研究的主要方法有：

(1)利用GPS進(jìn)行目標(biāo)載體的姿態(tài)測(cè)量方法，如Interferometric?attitude?determination?with?the?Global?Positioning?System，Guidance?and?Control?Conference，Palo?Alto，Calif，August?7-9，1978，Technical?Papers.A78-50159?22-01?New?York，American?Institute?of?Aeronautics?and?Astronautics，Inc.，1978，p.96-102.Research?supported?by?Lockheed?Missiles?and?Space；

但是利用GPS對(duì)目標(biāo)載體進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量時(shí)，由于信號(hào)在傳播過程中受到電離層，對(duì)流層，多路徑和相對(duì)論效應(yīng)等多方面的影響，對(duì)目標(biāo)載體的定位精度一直很難達(dá)到理想的情況。

(2)利用激光雷達(dá)跟蹤與測(cè)量方法，如Ulf?Larsson，Johan?Forsberg，Ake?Wernersson，On?Robot?Navigation?Using?Identical?Landmarks：Integrating?Measurements?from?a?Time-of-Flight?Laser，Proceedings?of?International?Conference?on?Multi-sensor?Fusion?for?Intelligent?Systems，pp.17-26，1994；

但是利用激光雷達(dá)跟蹤方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量時(shí)，由于激光雷達(dá)的波束極窄，在空間搜索目標(biāo)非常困難，直接影響對(duì)非合作目標(biāo)的截獲概率和探測(cè)效率，只能在較小的范圍內(nèi)搜索、捕獲目標(biāo)，并對(duì)目標(biāo)姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量。

(3)利用雙目視覺測(cè)量方法，如張慶君胡修林-基于雙目視覺的航天器間相對(duì)位置和姿態(tài)的測(cè)量方法，宇航學(xué)報(bào)第29卷第1期，文章編號(hào)1000.1328(2008)。