基于多传感器的空间遥操作机器人虚拟预测环境建模

虚拟预测环境技术是解决遥操作系统中时延问题的有力手段,但其有效性依赖于环境模型的精度。为了提高虚拟预测环境的建模精度,提出了基于多传感器信息融合的建模方法。首先根据CCD摄像机采集的图像建立虚拟环境模型的初始模型,再利用远地力觉和位置传感器信息对初始模型进行校验。为了观察命令在虚拟环境中的执行情况,采用一种简单有效的注册方法,将图形模型叠加在摄像机视频图像上,以便操作者进行对比分析。实验表明利用本文算法建立的虚拟环境模型是准确可靠的,有利于提高基于虚拟预测环境技术的遥操作系统的有效性和可操作性。     

月球巡视器太阳电池阵电性能仿真模型参数辨识方法

为使月球巡视器太阳电池阵电性能仿真模型更精确地模拟真实在轨太阳电池阵硬件系统的工作状态,提出对仿真模型进行参数辨识的方法。给出了太阳电池阵电性能仿真模型,分析其输入、输出与初始化参数,说明了利用遗传算法和遥测数据开展参数辨识的可行性。提出仿真模型参数辨识方法的总体思路,即将遥测数据作为激励源,再采用遗传算法开展参数辨识。利用某一时段的遥测数据对仿真模型参数进行辨识,并用其他时段的遥测数据对辨识结果进行验证。结果表明:辨识后的仿真模型输出与对应遥测值的接近程度更高,仿真模型的输出偏差可减小约50%。文章提出的仿真模型参数辨识方法,可使仿真模型在月球巡视器在轨期间的任务规划验证和伴飞任务中提供精准预报。     

基于点云的空间非合作目标初始相对位姿获取

针对空间非合作目标相对位姿解算对点云迭代最近点(ICP)算法迭代初值要求较高，易产生误匹配等问题，提出了一种基于点云分割与点云关键点的ICP初始迭代位姿获取方法。首先，考虑到非合作目标可能具有的高度对称外观，基于LCCP点云分割算法与点云Harris关键点，在已知目标外轮廓点云基础上，设计了点云ICP初始迭代位姿获取方法。该方法具体流程为：点云降采样处理与关键部分提取、关键部分点云多角度预变换处理、最佳点云匹配及初始迭代位姿获取。最后，以某通信卫星模型搭建虚拟验证平台，使用本文提出的方法给出ICP迭代初始位姿并进行对比实验。结果表明，本文提出的点云ICP迭代初始位姿获取方法可有效规避非合作目标高度对称带来的误匹配，可给出较精确的相对位姿。     

跨传感器异步迁移学习的室内单目无人机避障

针对强化学习策略由仿真环境向实际迁移困难的问题，以提高无人机采用无深度信息单目视觉时的行人规避能力为目标，提出一种基于异步深度神经网络结构的跨传感器迁移学习方法。首先，在仿真环境中仅使用虚拟单线激光雷达作为传感器，通过基于确定性策略梯度(DDPG)的深度强化学习方法，训练得到一个稳定的初级避障策略。其次，用单目摄像头和激光雷达同步采集现实环境中的视觉和深度数据集并逐帧绑定，使用上述初级避障策略对现实数据集进行自动标注，进而训练得到无需激光雷达数据的单目视觉避障策略，实现从虚拟激光雷达到现实单目视觉的跨传感器迁移学习。最后，引入YOLO v3-tiny网络与Resnet18网络组成异步深度神经网络结构，有效提高了存在行人场景下的避障性能。     

基于虚拟仿真的维修性定量指标验证方法

针对现有装备维修性定量指标验证方法的不足,研究了基于虚拟仿真的装备维修性验证方案,提出了一种在虚拟环境中装备维修性定量指标验证的方法,并以装备的动力系统为例进行了验证.该方法对于实现在装备数字样机设计过程中同步开展装备维修性验证工作,从而提高装备维修性水平,具有重要参考价值.     

真空低温太阳辐照环境下的天线热变形测量技术

航天器结构在轨受到空间外热流影响而产生巨大温度梯度,将导致结构热致变形,为了保证有关地面模拟考核验证的有效性,必须对在轨外热流进行尽可能真实的模拟,同时采用高精度的热变形测量手段获取航天器的结构变形数据。文章介绍了一种热变形测试试验方法,系国内首次将太阳模拟器外热流模拟法和非接触摄影测量法结合应用在某天线的地面模拟热变形测试试验中,在真实模拟天线在轨温度分布的同时精确获取了天线上大量的点云变形数据。经数据比较分析,天线变形实测数据与在轨仿真分析一致,在1.5 m口径范围内的变形测量精度优于15 μm,验证了该测试试验方法的有效性,为航天器结构的在轨热效应模拟和测试评估提供了新的试验手段。     

基于点云的空间非合作目标结构识别问题研究

在空间非合作目标捕获任务中，从传感器数据中识别出目标表面的可抓取结构是一个有待解决的问题。以卫星点云数据集作为对象，对4种基于神经网络算法(PointNet、PointNet++、SPLATNet和SO-Net)在卫星结构分割识别任务中的性能进行了比较分析。为了能够更好地测试算法性能，基于NASA在线数据库构建了训练测试数据集，并给出一种点云数据的快速构建方法。使用该方法，可以实现成批量地生成点云数据。仿真测试结果显示:PointNet++在卫星完整点云数据集和非完整点云数据上的分割准确率都是最高，并且分割效果也优于其他算法。     

空间失稳目标线阵雷达成像机理及三维重建

利用线阵激光雷达载荷小、抗干扰能力强等优势，研究空间失稳目标动态测量技术。探究线阵激光雷达成像机理，建立空间失稳目标运动模型，提出基于双切片法的目标可测区域提取机制，实现线阵激光雷达对空间失稳目标的驻留观测扫描；以ICP(Iterative closest point)配准结果为先验信息，提出逆序重建方案，建立重建点云精度以及平均密度评价机制，分析数据冗余对重建精度的影响，采用采样降维的方法进行配准重建计算，提高重建结果精度；最后进行仿真实验检验分析，实验结果表明空间目标可测部位数据提取合理准确，数据输出频率可达 1 Hz ，重建结果满足任务指标要求，重建点云平均密度达到19 mm，重建点云精度达到90 mm，为地面验证及在轨应用提供数据支撑和参考。     

一种三维地形特征提取和匹配方法

针对行星漫游器地形相关导航中的地形匹配问题，提出一套三维地形特征提取匹配方法。该方法通过特征邻域散布矩阵特征值检测凸起和凹陷地形，以特征间距离和方向为元素构成三维特征描述集合，并引入集合相似理论判别特征是否匹配。由于采用特征之间的相对位置关系描述特征，从而提高了稀疏三维点云条件下地形特征的显著性。仿真结果表明，对于激光雷达（LiDAR）获取的三维地形数据，所提方法在特征重复检出率和正确匹配率方面优于现有方法，能够满足行星漫游器导航对地形匹配的要求。     

基于真实场景的SAR回波模拟方法研究

SAR原始回波模拟在系统设计及成像算法验证等方面具有重要的理论及工程实践意义。文中在分析并建立合成孔径雷达回波信号数学模型的基础上,研究一种基于真实场景的SAR回波模拟方法。该方法利用SAR真实场景图像的灰度信息近似求得场景后向散射系数,根据雷达脉冲工作流程生成回波数据,具有实现简单、计算量小、回波模拟结果精确等优点。通过点目标、面目标和真实场景回波的仿真实验,从回波数据的统计特性以及图像级角度验证了其可行性。     

基于点云深度学习的对称结构空间目标相对位姿测量

针对对称结构空间目标相对位姿解算过程中点云误匹配带来的误差问题，提出一种基于点云深度学习的对称结构空间目标相对位姿测量方法。首先设计空间目标点云特征提取网络及关键点回归网络，将位姿测量问题转换为空间目标点云关键点回归问题，通过两个并行的回归网络分别输出空间目标平移向量和具有固定标签的目标点云三维边界框角点；其次利用具有连续稳定标签的角点求解目标姿态，可有效解决目标的对称结构导致的点云误配准问题；最后通过仿真数据集的实验表明，该方法相比于传统的点云配准方法有更高的准确率，能够精确求解具有对称结构的空间目标相对位姿。     

空间失稳目标线阵成像畸变分析与三维重建

针对线阵扫描型激光雷达在非合作失稳航天器三维模型重建过程中，存在运动目标线扫数据畸变且目标因失稳导致运动特性难以准确估计问题，提出一种带畸变自修正式三维重建方法，并进行畸变容忍度临界值分析。该方法基于测量系统的角精度与测距精度设计畸变容忍度临界值判定条件，首先根据实际工况与判定条件进行比对，判定是否对线扫数据进行初始畸变恢复；其次，对相邻扫描带畸变点云依次进行配准获取目标运动增量、解算目标瞬时运动参数；然后对目标运动参数进行自修正式处理，去除特征突变点干扰；同时依次恢复点云到初始几何位置，完成初始目标三维重建；最后，通过系统进一步迭代，位姿增量自收敛直至最终满足重建精度要求。仿真结果表明，该方法在缺失非合作目标先验信息的情况下，能够有效避免因线扫描导致的畸变问题，并较为快速地实现满足精度要求的目标三维重建，有较强的鲁棒性。     

视觉测振技术在柔性太阳翼模态试验中的应用

针对8 m×5 m的柔性太阳翼在倒立状态下进行模态试验，设计数字摄像视觉测振系统，基于图像特征跟踪法实现了从相机标定、图像采集、信息提取到三维振动数据获取的过程，通过工况模态辨识方法获取了柔性太阳翼模态频率及振型等动力学参数。并考虑空气和重力影响建立太阳翼有限元模型，通过与基于基恩士激光位移传感器的传统模态试验结果及仿真分析结果进行对比，验证了基于视觉测振工况模态试验方法的准确性，为柔性太阳翼在轨模态辨识奠定基础。     

一种翻滚火箭箭体的运动参数估计方法

针对处于自由翻滚运动状态的火箭箭体,其呈回转体结构,运动参数估计难的问题,提出了一种翻滚火箭箭体的运动参数估计方法。采用激光成像雷达获取目标的三维点云数据,通过点云法向量估计和随机采样一致性算法计算得到自旋轴;然后结合序列各帧的自旋轴估计结果,采用最小二乘法求解得到翻滚火箭箭体的翻滚轴;进而利用相邻两帧的自旋轴和翻滚轴估计结果求解得到章动角和空间章动角速率。基于仿真数据对方法进行了实验及分析,结果表明该方法能够有效地估计自由翻滚状态的火箭箭体的翻滚轴、章动角和空间章动角速率。     

航天器真空热试验数据可视化系统设计与实现

针对航天器真空热试验测控数据处理现状和需求,通过引入三维数据可视化技术,设计了一种数据可视化系统。该系统运用Java 3D技术,通过虚拟场景设定,将真空热试验试件三维设计模型与热模型结合,实现温度数据—颜色映射,以云图形式显示测控数据,并实现与现有测控软件数据交互。典型试验结果表明:该可视化系统可以实时、真实、直观地显示试件在真空热试验过程中的温度变化情况,为试验过程中的实时温度监视和工况判读提供有效手段。     

太空非合作遥感卫星三维重建点云的平面滤波方法

受太空环境光照条件弱、卫星高速运动、卫星表面纹理匮乏等因素的影响,太空非合作遥感卫星的三维重建点云中往往会存在大量噪声,给太空非合作目标的准确探测带来了非常不利的影响。文章以非合作遥感卫星的形状特征作为先验知识,提出一种三维重建点云的平面滤波方法。针对点云噪声的不同特点,首先利用统计分析滤波方法消除离群离散点噪声;其次,利用改进的区域生长聚类方法,分割出点云模型中的平面结构与离群点簇噪声;然后,分别用RANSAC算法和最小二乘法对平面结构进行滤波,并将平面结构附近的噪声点垂直投影至平面内,去除模型表面噪声。实验结果表明,该优化方法可以有效去除非合作遥感卫星三维重建点云中的大部分噪声,得到卫星平面结构的光滑点云数据。     

柔索驱动式航天员虚拟微重力训练系统控制与实验

针对现有的航天员地面微重力训练设备存在成本高、单次训练时间短、模拟精度低等问题,提出了一种柔索驱动的航天员虚拟微重力训练系统。通过采样航天员对作业对象的操作力,控制柔索驱动虚拟物体(末端执行器)运动,使虚拟物体符合在微重力环境中的运动规律。建立了柔索驱动训练系统的动力学模型,分析了系统的特性。针对传统力伺服系统多余力对控制力精度影响较大且难以克服的问题,提出了一种使用弹簧产生柔索张力的并联柔索全位置型控制方法,并引入力/速局部反馈的控制策略。实验结果表明,系统克服多余力效果明显,可以获得较高的驱动力控制精度;虚拟质量在操作力作用下的运动符合在微重力环境中的运动规律,且有较高的模拟精度;系统稳定性良好,可以实现微重力环境中移动不同质量物体的虚拟作业训练。