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1、空間機(jī)械臂對于非合作目標(biāo)的視覺導(dǎo)航與跟蹤研究吳青昀2015年6月中圖分類號：TQ028.1UDC分類號：540空間機(jī)械臂對于非合作目標(biāo)的視覺導(dǎo)航與跟蹤研究作者姓名吳青昀學(xué)院名稱宇航學(xué)院指導(dǎo)教師冀四梅副教授答辯委員會主席林海教授申請學(xué)位級別工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年6月VisualNavigationandTrackingStudyofNon-cooperativeTargetbySpaceManipulatorCandidateName：QingyunWUS
2、choolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineeringFacultyMentor:Prof.SimeiJIChair,ThesisCommittee：Prof.HaiLINDegreeApplied:MasterofScienceMajor：AerospaceEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jun，2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行
3、的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要目前，以傳統(tǒng)航天器的在軌維護(hù)、太空垃圾清理等為目的的空間非合作目標(biāo)捕獲技術(shù)成為空間機(jī)械臂領(lǐng)域新的發(fā)展方向。非合作目標(biāo)的視覺導(dǎo)航與跟蹤技術(shù)作為捕獲過程中的關(guān)鍵技術(shù)更是各國研究人員的研究熱點(diǎn)。為了
4、解決非合作目標(biāo)的視覺導(dǎo)航和跟蹤問題，本文主要對非合作目標(biāo)位姿測量和跟蹤技術(shù)進(jìn)行了研究。本文首先建立了基于雙目立體視覺的位姿測量模型，然后研究了運(yùn)動目標(biāo)跟蹤方法，最后通過實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了以上模型和方法的有效性。主要內(nèi)容如下：1）對二維圖像進(jìn)行處理，提出了基于特征信息融合的非合作目標(biāo)識別方法。該方法針對非合作目標(biāo)無法提供有效合作信息的問題，以航天器自有的特征信息作為識別對象，得到非合作目標(biāo)矩形和圓形特征的基本形狀信息，完成了目標(biāo)識別和平面中心判定。并且根據(jù)尺度不變特征變換算法（scaleinvariantfeatur
5、etransformalgorithm，sift）對左右相機(jī)獲取的圖像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配。2）研究了基于圖像處理的雙目視覺相對位姿測量方案。該方案選取目標(biāo)衛(wèi)星本體平面的中心點(diǎn)作為目標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)，建立非合作目標(biāo)坐標(biāo)系，計(jì)算相對位姿。然后建立了立體深度和視差的關(guān)系模型，分析了位姿計(jì)算的誤差來源。最后選用OpenGL進(jìn)行建模仿真，驗(yàn)證提出方案的可行性、精度與實(shí)時(shí)性。3）實(shí)現(xiàn)了非合作目標(biāo)的視覺追蹤。針對跟蹤高機(jī)動運(yùn)動目標(biāo)的非線性問題，本文基于Kalman濾波算法引入IMM算法，加強(qiáng)了速度跟蹤的性能。并且分別在目標(biāo)勻速直線、
6、勻加速直線和復(fù)雜曲線運(yùn)動模型下比較了兩種濾波算法的預(yù)測性能。具體實(shí)驗(yàn)分析證明，本文提出的非合作目標(biāo)識別方法有效保證了目標(biāo)識別的準(zhǔn)確性，位姿測量方案和IMM濾波追蹤方法準(zhǔn)確、簡便易行；算法的改進(jìn)和模型的優(yōu)化能較顯著提高對非合作目標(biāo)航天器的視覺導(dǎo)航跟蹤精度。關(guān)鍵詞：非合作目標(biāo)；雙目視覺；目標(biāo)識別；位姿測量；Kalman濾波I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractAtpresent,Capturingtechnologyofnon-cooperativetargethasbeenanewdevelopmenttre
7、ndinthefieldofspacemanipulatortechnique,aimingaton-orbitserviceofthetraditionalspacecraftandeliminatingthespacejunk.Visualnavigationandtrackingtechnologyofthenon-cooperativetarget，asakeytechnologyintheprocessofcapturing，istheresearchfocusofscholarsalloverthe
8、world.Inordertosolvethevisualnavigationandtrackingproblemofnon-cooperativetarget,thispaperstudiesposemeasurementandtargettrackingtechnology.Firstly,stereovisionmeasurementmodelbasedontheposition
