[發明專利]一種用于交會對接的CCD測量方法

無效

• 申請號: 201210175411.5
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102706329A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 安凱;王飛飛
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第五研究院第五一三研究所
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C21/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;付雷杰

技術領域

本發明涉及交會對接技術，具體涉及一種用于交會對接的CCD測量方法。

背景技術

在交會對接過程中，在追蹤飛行器與目標飛行器的最終逼近階段，需精確控制兩個飛行器之間的相對位置、相對姿態和相對速度，以達到精確的對接要求，獲得柔性對接條件，從而使交會對接過程中的碰撞沖擊力最小化。計算機視覺系統是通過圖形成像方式實現對目標的跟蹤測量，其利用安裝在追蹤飛行器上的CCD照相機跟蹤安裝在目標飛行器上的一組標記，并將標記成像在CCD照相機上，基于在圖像坐標系下的位置以及光學成像原理和幾何約束條件，建立圖像坐標與目標的位置、姿態之間的關系，從而提供離散的位置、姿態估計值，供交會對接使用。然而，現有的計算機視覺系統盡管可用于交會對接中兩飛行器的相對位置、相對姿態和相對速度的測量，實現兩飛行器的交會對接，但是，它必須采用兩臺攝像機同時拍攝視場圖像，并對兩幅圖像進行配準，且圖像配準過程需進行相當復雜的計算，在測量的實時性和精確性方面難于同時保證。

發明內容

鑒于此，本發明提供了一種用于交會對接的CCD測量方法，能夠在保證精確性的前提下，實時地確定兩飛行器的相對位置、相對姿態和相對速度。

本發明的用于交會對接的CCD測量方法包括，

有益效果：

本發明公開了一種用于交會對接的CCD測量方法，利用CCD照相機將目標飛行器的標記點記錄并定位在坐標系中，當推廣到三個標記點的情形時，通過建立測量坐標系、像平面坐標系和CCD坐標系導出了目標飛行器在測量坐標系中的位置坐標、姿態矩陣和三個姿態角，從而確定目標飛行器和追蹤飛行器的相對位置、相對姿態和相對速度，為兩者的交會對接提供了精確的數據。與現有的利用計算機視覺系統進行交會對接的技術相比，本發明的方法實現過程簡單，運算量小，響應速度快，適合應用于對精確性和實時性均要求較高的交會對接場合。

附圖說明

圖1為目標飛行器上的對接口和標記燈的位置示意圖。

圖2為追蹤飛行器上的對接口和CCD照相機的位置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明的用于交會對接的CCD測量方法進行詳細描述。

1、建立雙CCD測量系統

圖1所示為目標飛行器上的對接口和標記燈的位置，位于等腰三角形三個頂點處的圓表示用于指示交會對接的標記燈，等腰三角形內的大圓表示目標飛行器的對接口，三個標記燈所在的平面與對接口表面平行。由于三個標記燈不構成等邊三角形，因此三個標記燈的相對位置可唯一地確定目標飛行器的對接口的姿態（即目標飛行器對接口相對于追蹤飛行器對接口的滾動角、俯仰角和方位角）。圖1中以大圓上面的十字線標識目標飛行器對接口的姿態，十字線的交點與大圓的圓心重合。

為了使追蹤飛行器實現與如圖1所示的目標飛行器交會對接的目的，本發明建立了一種雙CCD測量系統，其含有兩臺CCD照相機，圖2所示為追蹤飛行器的對接口和兩臺CCD照相機的位置，本發明采用雙針孔形CCD照相機成像，針孔形CCD照相機剛性安裝在追蹤飛行器上，以矩形框表示。兩臺CCD照相機（CCD1和CCD2）中間的大圓表示追蹤飛行器的對接口，其上的十字線的交點與大圓的圓心重合，CCD1和CCD2所在的平面與對接口表面平行，CCD1和CCD2的中心均位于十字線所在平面內，且水平像素線與十字線的橫線平行。

基于所述雙CCD測量系統，構造以下坐標系：

以追蹤飛行器對接口上的十字線構造一坐標系，十字線的橫線和縱線分別為x軸和y軸，z軸與x軸和y軸構成右手系，將其稱為“測量坐標系”。

在CCD照相機的像平面上構造一坐標系，與水平像素線和垂直像素線平行的直線作為此坐標系的x軸和y軸，像平面的中點為此坐標系的原點，將其稱為“像平面坐標系”。本發明含有兩臺CCD照相機，因此有兩個像平面坐標系。

以CCD照相機的焦點為原點構造一坐標系，與水平像素線和垂直像素線平行的直線作為此坐標系的x軸和y軸，z軸與x軸和y軸構成右手系，如此的坐標系稱為“CCD坐標系”。本發明含有兩臺CCD照相機，因此有兩個CCD坐標系。＄

2、確定目標飛行器對接口的位置

根據CCD照相機的成像原理，由某一點在CCD照相機中的圖像可得到CCD照相機像平面的中點到該點的直線方程；根據小孔成像原理，以目標飛行器上任一點A為例，若經測量得到點A在像平面坐標系中的坐標為(m,n)，且在CCD坐標系中的坐標為(x,y,z)，則有：