[發明專利]采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統及方法

有效

• 申請號: 201410001864.5
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103713525A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 陳志明;劉海穎;葉偉松;陳偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及航天器交會技術領域，特別是一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統及方法。

背景技術

隨著航天科技的發展，航天任務變得越來越復雜，不論從空間站的對接到編隊衛星的交會都會涉及到航天器的交會對接技術，而航天產品具有成本高、維護困難等特點，因此在地面上進行充分驗證對于在軌任務的成功實施有很重要意義。

Kinect是美國微軟公司用于Xbox360游戲機的一個體感傳感器，同時它也可用于PC機上進行相關應用的開發，Kinect具備攝像頭及紅外距離傳感器，可以方便且高效地提供機器視覺所需的傳感數據。

為了驗證航天器交會對接方案及算法，需要一個測試平臺，而通常搭建這樣一個平臺，需要從傳感器等硬件環境著手，比較費時且耗費資源，而Kinect正好提供了圖像傳感器及距離傳感器，同時又有豐富的開發資源，可以大大簡化測試平臺的搭建，使驗證實驗的精力集中在交會對接算法上，提高研發效率。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統及方法，該方法使用的測試平臺簡單易建，同時又有豐富的開發資源，使驗證實驗的精力集中在交會對接算法上，提高研發效率。

本發明公開的一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統其特征在于：包括Kinect傳感器、目標航天器模型、機動航天器模型以及計算機：目標航天器模型與Kinect傳感器固連，Kinect傳感器連接到計算機，機動航天器模型通過升縮連桿連接在小車上，小車與嵌入式計算機系統連接，嵌入式計算機系統也與計算機相連接；該系統還包括背景墻；

作為上述技術方案的進一步改進，所述嵌入式計算機系統與計算機通過WIFI無線網絡相連接。

作為上述技術方案的再進一步改進，所述嵌入式計算機系統為單片機系統。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述升縮連桿為程控升縮連桿。

利用權利要求3所述的采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統進行的演示驗證方法，包括以下步驟：

1)Kinect傳感器初始化，建立背景環境信息：利用Kinect傳感器的開發組件，建立軟件開發環境；測得Kinect傳感器與背景墻間的距離為dG，Kinect傳感器獲取的景深矩陣其取值范圍為0～255，景深與真實距離的比例f=dG255;]]>

2)Kinect傳感器感知機動航天器模型，將數據傳入計算機，通過步驟1)建立的軟件開發環境分別建立像素矩陣及景深矩陣，然后計算出機動航天器模型相對于目標航天器模型的相對距離及姿態；

3）計算機向嵌入式計算機系統發送三個控制參數，分別為步驟2)中的α、hO、d，然后通過小車控制升縮連桿升降，控制小車旋轉以及向目標航天器模型前進，即可完成對接；如對接不成功，則重新從步驟2）開始。

作為上述技術方案的進一步改進，所述計算機動航天器模型相對于目標航天器模型的相對距離及姿態過程如下：在機動航天器模型上設置三個靶標(A,B,O)，其中O為A、B兩點所在的與中心軸垂直的面與中心軸的交點，A、B與O點之間的距離分別為OA、OB，且OA與OB是垂直的；在景深矩陣中分別找到A、B、O點的景深數據，即可得到三個靶標的景深值，分別將該值乘以f得到的便是A、B、O三點與Kinect的實際距離dA、dB、dO；測得A點在像素矩陣中距離像素矩陣中心點的縱向距離HA′,并測得像素距陣中A、B、O的投影點A’、B’、O’間距離分別為O′A′、O′B′，

計算機動航天器模型3在水平面內的姿態角