空间非合作目标相对导航技术研究

针对当前非合作目标相对导航系统复杂庞大、成本高昂以及GPS对空间导航存在缺失段等问题,本文提出了一种非合作航天器相对导航新方法,利用视觉系统和激光测距仪对非合作航天器分阶段获取导航信息,并通过实验验证了近距离段相对导航算法的有效性,精度较高,且算法不失一般性。该方案能够适用于非合作航天器的相对导航。     

基于虚拟滑模控制方法的非合作航天器姿态估计

针对非合作航天器的非线性姿态估计问题,提出一种利用虚拟滑模控制思想实现对目标航天器姿态参数估计的方法。将立体视觉系统输出的实时观测数据作为虚拟控制系统的输入,将航天器的姿态动力学数学模型作为虚拟的控制对象,采用滑模变结构控制器计算出虚拟力矩控制量,从而使虚拟航天器的姿态与观测姿态同步,虚拟航天器姿态即为非合作航天器姿态参数的估计值。仿真实验验证表明,在存在系统误差及状态量初始误差较大的情况下,所提出的基于虚拟滑模控制的估计算法估计效果优于扩展卡尔曼滤波算法,并较好地协调了变结构控制鲁棒性与平滑控制抖振之间的矛盾。     

无人机自主着陆过程中的视觉导航技术分析

为解决目前国内外无人机难以实现自动着陆的问题,对无人机着陆过程中的视觉导航技术进行研究.介绍了飞行器的降落等级和着陆阶段,分别对无人机着陆过程中的图像处理技术和位姿估计问题进行分析,重点研究着陆过程中的图像特征提取技术和位姿估计的迭代算法.研究结果表明:将视觉导航与其他导航方式相结合,发展鲁棒性好、精度高、实时性好的组合导航位姿估计融合算法将是未来视觉导航的发展重点.     

无人机空中回收视觉导航技术

针对无人机空中回收过程中的导航问题,提出一种利用深度学习进行目标检测并配合双目视觉进行位姿 估计的技术。设计空中回收视觉导航系统,通过改进原有目标检测算法YOLOv3 框架提高回收过程中的检测精度和 速度;通过双目视觉系统对特征点进行3 维位姿解算,返回无人机和回收锥套中心相对位置信息。实验结果表明： 改进后的检测算法平均精度比YOLOv3 提高了3.2%,检测速度提高到73 FPS,检测速度明显提升;双目视觉算法 的位姿解算精确度高,两者同时满足导航系统精确性和实时性的要求。     

基于跑道灯光的计算机视觉辅助无人机着陆

针对夜间无人机着陆时标准跑道的灯光会加重图像处理的难度问题,提出一种利用跑道灯光辅助着陆的机器视觉方法。该方法参考标准跑道灯光设置,提取跑道灯光直线特征,对EPnP方法进行扩展,将直线特征表示成跑道平面上3个控制点的加权形式,利用奇异值分解的方法求出控制点在相机坐标系中的坐标,最后使用正交化方法解算出无人机相对于跑道的位置和姿态,为无人机着陆提供了引导信息。仿真结果表明:在距机场距离较远时,该方法能有效地引导其自主着陆。     

基于双目立体视觉系统的精确标定算法

一种基于双目视觉的精确标定算法,首先借助于事先选取的标定模板,并拍摄模板图以生成控制点,接着分别对左右2台摄像机进行标定,再接着进行立体标定进而得出标定的结果。该算法在机器人机械臂在精确定位上已得到成功应用。     

基于计算机视觉的舰载直升机助降技术研究

为了辅助舰载直升机安全着舰,一种基于计算机视觉的助降技术被提出。该技术包括：利用图像分割技术从飞行甲板的背景中识别助降陆标图案;采用Harris角点检测器,提取助降陆标角点的投影;根据透视投影几何原理,构造助降陆标角点和图像上相应投影点的函数关系;采用最小二乘法解算函数关系矩阵;对该关系矩阵进行分解,即可得到直升机相对飞行甲板的位姿参数。仿真实验表明：该方法能够实时给出舰载直升机的相对位置和姿态信息,而且在图像检测误差的干扰下,位姿估计仍然保持着较高的精度。     

基于跑道的视觉导航信息分析

基于跑道的视觉导航广泛用于无人机自主着陆等场合.文中从信息的角度,分析了视觉导航中跑道边缘线、地平线和跑道横向控制线提供的姿态和位置导航信息,推导并证明了两个基本结论:已知宽度的跑道边缘线可以提供两个姿态和两个位置信息;地平线和跑道横向控制线可以完善姿态和位置信息.文中的研究对于进行基于跑道的视觉导航算法设计、精度分析和组合导航可观性分析等具有理论价值.     

一种基于视觉的火星车自主导航方案设计

火星车的自主导航是其顺利完成火星探测任务的重要保障,是目前火星车需要亟待解决的关键技术之一。首先,对几种不同的视觉定位方法进行论述,分析了不同视觉定位方法的优缺点。然后,给出了天文导航系统的定姿原理。最后,根据惯性、视觉、天文三种导航系统各自的特点,设计了一种适用于火星车的惯性/视觉/天文自主组合导航方案,通过有机融合三种导航系统的信息,使该方案能够满足火星车在复杂环境下对长时间、远距离、高精度自主导航的要求。     

基于单目视觉的制导炮弹位姿参数测量方法

为了给制导炮弹末端弹道的精确控制提供有效依据,根据弹丸飞行弹道特性,借鉴计算机单目视觉技术和摄影测量方法,提出了一种基于四元数的炮弹位姿参数测量的新方法.该方法通过分析摄像机采集的目标区图像序列,利用4个已知空间坐标的非共面控制点,建立过渡坐标系,分两步来计算炮弹的空间位置和姿态参数.仿真结果表明,测量误差随着相对距离减小而收敛.提出的新方法可以精确测量炮弹的位姿参数,作为构建弹道控制模型的基础.     

双目视觉内膛疵病检测系统

针对传统光电检测方法无法获得疵病深度信息的不足,以双CCD摄像机构成的立体视觉为基础,设计并实现了一种基于数字图像处理技术的火炮内膛疵病检测系统;在介绍系统总体设计原理的基础上,研究了检测系统窥膛探头的双目视觉原理、结构组成、光学系统参数,以及自走装置、控制装置等部件,讨论了检测系统的功能模块组成、图像处理方法等软件系统;实测结果表明:该内膛疵病检测系统功能完备、操作简单、精确度高,完全符合实际工作需求。     

标定飞机舵面角位移的双圆靶单目视觉方法

提出了一种基于计算机单目视觉的飞机副翼、襟翼、方向舵和升降舵等转动系统中的角位移传感器的标定方法。用一台位置固定的数码相机对平行于飞机方向舵转轴并固定在该舵面上的一个双圆靶拍照。经数字图像处理确定4个特征像点的像面坐标,根据透视投影原理推导出求靶面法线的方向余弦的解析表达式,无需在现场实时标定相机参数即可解算出靶面法线的相对方向。方向舵转动时,其角位移可用该靶面的角位移来表达。仿真结果表明该方案正确可靠,可用于航天器上实现实时自主测量交会对接时的相对位姿参数。     

Research on Robust Control of Nonlinear Fuzzy VSS for Spacecraft

The nonlinear dynamic system of spacecraft with uncertainty and coupling is analyzed and its general dynamical equation is given. The decoupling-ability and controllability are proved. Aiming at this system, a new nonlinear decoupling controlling method is put forward by synthetically using the variable structure and fuzzy theory. The simulation results show that this method is effective in tracking performances under the existence of uncertainty and outer disturbance.     

Method for Measuring Velocity of Warhead Fragments Based on Photoelectric Detection

For measuring velocity and impacting position of single fragment of warhead, a non-contact measuring method is proposed, in which a six-light-screen array, a position indicator, a multi-channel chronograph and a computer are used.The principle of measurement is described. The key device of the system is a light screen array sensor which consists of six light screens allocated with certain geometrical parameters. When the fragment flies through the light screen array, the time of passing through each of the screens is recorded by the multi-channel chronograph. According to the time data and the geometrical parameters of the array, the velocity vector and the location of the fragment can be calculated immediately. The presented method can be used to locate the fragment and to measure the real velocity on its flying direction. It can also be used to measure the velocity of a fragment swarm after the system is engineered further.