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1、碩士學(xué)位論文面向空間非合作目標(biāo)捕獲的位姿測(cè)量方法研究RESEARCHONPOSEESTIMATIONMETHODSOFNON-COOPERATIVESPACEOBJECTSTOWARDSSPACEGRAPPLEAPPLICATIONS任宇琪哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年7月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TP242.3學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.865.8密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文面向空間非合作目標(biāo)捕獲的位姿測(cè)量方法研究碩士研究生：任宇琪導(dǎo)師：吳冬梅教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械電子工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2015年7月
2、授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C.:621.865.8DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONPOSEESTIMATIONMETHODSOFNON-COOPERATIVESPACEOBJECTSTOWARDSSPACEGRAPPLEAPPLICATIONSCandidate:RenYuqiSupervisor:Prof.WuDongmeiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngin
3、eeringSpecialty:MechatronicsEngineeringAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofOralExamination:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology：哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著人類(lèi)航天技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，主要應(yīng)用于在軌航天器維護(hù)、延壽、回收，太空垃圾清理等領(lǐng)域的空間飛行器在軌服務(wù)技術(shù)發(fā)展迅速，并且顯示出廣泛的應(yīng)用前景。而在軌服務(wù)
4、技術(shù)的服務(wù)對(duì)象普遍為不具有合作光標(biāo)、無(wú)法得知其先驗(yàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的非合作目標(biāo)。而為實(shí)現(xiàn)對(duì)空間非合作目標(biāo)的準(zhǔn)確捕獲，需要對(duì)空間環(huán)境下非合作目標(biāo)的位置和姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，基于視覺(jué)的非合作目標(biāo)位姿測(cè)量已經(jīng)成為當(dāng)前空間技術(shù)領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)，在在軌服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文首先對(duì)視覺(jué)測(cè)量的基本理論進(jìn)行了描述，對(duì)視覺(jué)測(cè)量過(guò)程中的若干數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了分析，建立了單目CCD相機(jī)的成像模型，完成了單目CCD相機(jī)的標(biāo)定，接下來(lái)根據(jù)空間非合作目標(biāo)的位姿測(cè)量任務(wù)的需求，設(shè)計(jì)了包含初始位姿測(cè)量和目標(biāo)追蹤兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的空間非合作目標(biāo)位姿測(cè)量總體方案。在初始位姿測(cè)
5、量環(huán)節(jié)，首先通過(guò)POSIT位姿解算算法求得參考圖像中非合作目標(biāo)的參考位姿，在此基礎(chǔ)上利用被測(cè)圖像和參考圖像中SIFT特征點(diǎn)的匹配，取得被測(cè)圖像上特征點(diǎn)與三維模型上特征點(diǎn)的一一映射關(guān)系，最后利用此一一映射關(guān)系，結(jié)合隨機(jī)采樣表決和虛擬視覺(jué)伺服算法求得被測(cè)圖像中非合作目標(biāo)的位姿參數(shù)，這個(gè)位姿參數(shù)將作為啟動(dòng)后續(xù)目標(biāo)追蹤過(guò)程的初始化參數(shù)。其次，針對(duì)視頻序列中非合作目標(biāo)的追蹤問(wèn)題，在傳統(tǒng)基于模型邊緣的高斯-牛頓非線性優(yōu)化算法基礎(chǔ)上，通過(guò)加入Harris角點(diǎn)特征實(shí)現(xiàn)了邊緣特征與點(diǎn)特征融合的目標(biāo)追蹤，并且引入M估計(jì)剔除位姿非線性優(yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)的
6、參數(shù)外點(diǎn)，提升了目標(biāo)跟蹤算法求解位姿參數(shù)的魯棒性和精度，實(shí)現(xiàn)了非合作目標(biāo)位姿參數(shù)基于模型追蹤的精確求解。最后，利用單目CCD相機(jī)、六自由度機(jī)械臂、非合作目標(biāo)模型和紅外定位跟蹤系統(tǒng)搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)而利用此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了位姿測(cè)量實(shí)驗(yàn)和目標(biāo)追蹤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的位姿解算方案的可行性，對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的位姿測(cè)量方案具有較高的精度、魯棒性和實(shí)時(shí)性能，可以滿足對(duì)空間非合作目標(biāo)的位姿參數(shù)作動(dòng)態(tài)測(cè)量和追蹤的要求。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺(jué)；非合作目標(biāo)；位姿測(cè)量；特征融合；目標(biāo)追蹤I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文Abst
7、ractRecently,withtheconstantprogressinspacetechnology,theclassicalon-orbitservicingtechnology,whichiswidelyusedinon-orbitspacecraftsmaintenanceandlifeextension,aswellasinlargedebrisremoval,hasgainedenormousprogress.Thetargetforon-orbitservicingareusuallynon-cooperati
8、vespacecraftswhichdonotprovideanycooperativeinformation.Asancriticalstepinon-orbitservicing,captureofanuncooperativespaceobjecthasg
