非合作大目标位姿测量的线结构光视觉方法

空间机器人与非合作大目标交会接近最终段,单目相机不能获取完整的特征图像而无法完成相对位姿测量。针对此问题,提出基于线结构光和单目视觉的相对位姿测量方法。以非合作大目标上的局部矩形特征为测量对象,首先,建立相对位姿测量模型并给出四个测量坐标系之间的关系;其次,通过相机对不完整矩形和线结构光的约束获得四个特征点在相机坐标系下的坐标;然后,利用四个特征点计算相机坐标系与目标坐标系之间的转移矩阵;最后,将转移矩阵分解得到矩形特征的相对位姿。通过改变影响测量精度的输入误差和标定误差等因素对该方法进行仿真验证,结果表明该测量方法是有效的。     

编队飞行卫星的星间跟踪与测量技术综述

论述了在卫星编队飞行中所应用的几种星间测量方法,包括GPS导航、微波雷达、激光雷达、红外和可见光相机这几种目前在航天工程应用比较成熟的方法,并粗略分析了各种方法的测量精度及可行性。     

空间实验室的精度测量新方法

空间实验室地面总装需要精确地测量GNC设备及有效载荷等仪器之间的相对角度关系,由于空间实验室尺寸大,仪器分布距离远,且部分仪器安装在内部,其精度测量难以实施。文章针对空间实验室的特点提出了一种使用陀螺经纬仪取代普通经纬仪的测量方法,该方法以大地坐标系为公共坐标系,不需要经纬仪之间远距离互瞄和坐标传递,能够有效地实现远距离测量和舱内舱外仪器的相对测量。文中阐述了新方法的数学原理,分析了测量精度,并与普通经纬仪建站测量进行了比较,认为陀螺经纬仪测量方法具有精度高使用灵活的优点。     

航天器总装精度测量方法分析

航天器总装精度测量是指测量有安装精度要求的仪器的坐标系相对于整星坐标系的位置和姿态。文章介绍了总装精度测量的两类方法,即通过立方镜镜面法线和中心点测量的方法以及通过星体和被测仪器上特征点测量的方法,文章对两类方法作了数学分析,并对各自的应用作了比较。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

陀螺经纬仪在大型航天产品精测中的应用

陀螺经纬仪通常是做某一方向与当地大地北向的方位角关系测量用。文章针对“天宫一号”目标飞行器精测中遇到的问题,即高空不同平台间两台设备需要姿态关系测量的需求,通过对陀螺经纬仪测量原理的研究,借助大地坐标系作为中间传递坐标系,解决了经纬仪测量因互瞄被遮挡无法建立基准镜坐标系间关系的问题。测量误差分析结果验证了这种新方法的可行性,该方法可用于大型航天产品设备安装精度的测量。     

关节臂式三维测量对复杂铸件验收的应用

针对大型复杂铸件毛坯加工前验收现有钳工划线方法操作难度大、耗时费力、效率低等难题,提出了一种关节臂式三维测量新型便捷的测量方法。首先从最终产品数模中提取待测物体数模坐标系,选取基准点坐标,建立工件坐标系,然后利用关节臂对铸件实物表面进行轨迹测量实施,最终按测量需要,进行数据处理,将扫描的铸件实物三维形貌与最终产品数模对比,可直观得出各铸造面铸造余量及分配情况。通过航天产品遥感器相机典型零件可见三镜支撑架和桁架的测量,对比了与钳工划线方法的差异,解决了传统划线方法无法克服的技术难题和难点。经实物验证表明,该方法对空间复杂铸件,可实现快速、准确的加工前验收,能够提高铸件产品验收质量和效率。     

基于新一代GPS标准体系中基准体系的建立

简述测量坐标系与被测要素误差评定时所涉及的误差评定基准体系的概念,介绍几何坐标系测量过程中测量坐标系、评定基准和基准体系、评定基准的建立方法以及测量坐标系与评定基准的关系。     

一种兼具卫星舱板功能的相机承力板设计

安装承力板对于保证相机结构稳定性、技术指标以及承受运输到发射阶段的各种力学环境具有重要作用。随着整星轻量化要求的提高,之前常用的单面承载构型已无法满足目前对承力板多功能化的迫切需求。文章针对某型号光学相机任务需要,通过优化整体成型的碳纤维加强框架布局,设计了一种兼具卫星舱板功能的双面承载相机承力板,提高整星的功能密度,降低整星质量和体积。该承力板在保证轻量化的前提下满足大长宽比(4∶1)和较高的稳定性要求,不仅可以支撑多台相机,还可以作为卫星的舱板承载卫星设备。有限元仿真和试验验证结果表明,承力板结构频率100Hz,位置关系稳定性优于2′,质量比传统承力板减小50%,可以满足相机和卫星的要求。     

线扫描相机标定及畸变矫正方法

线扫描相机由于其高分辨率以及高数据处理效率的优势,使得其在测量领域的应用越来越广泛。但线扫描相机也会因光学系统畸变的存在影响成像的几何位置精度,造成图像的失真。文章面向线扫描相机标定及畸变矫正的应用需求,提出一种将一维数据映射到二维数据而不改变原始数据的方法,以利用面阵相机的标定方法来标定线扫描相机。在标定过程中,采用新型的标定板来创建世界坐标系与图像坐标系之间的关系。文章利用数字图像处理的方法,对光学镜头自身畸变进行标定和矫正,基本消除了由于图像变形而产生的测量误差,有效解决了由于镜头畸变而降低图像中物体的几何位置精度的问题。     

天基照相跟踪空间碎片批处理轨道确定研究

随着国内外天基观测空间碎片研究的展开,文章提出了利用跟踪卫星的CCD(Charge
Coupled Device)相机对空间碎片进行轨道探测的方法,首先建立了CCD照相观测模型和基于 照相观测 的空间碎片批处理轨道确定模型。通过对CCD相机底片归算方法的分析可知,利用
CCD相机所获得的观测数据与跟踪卫星的姿态无关,且其精度只与测量和坐标转换计算的精 度有关,在测量和计算中可获得较高的精度。分别对分布密度较高的低轨道和地球同步 轨道区域的空间碎片进行了定轨分析。仿真结果表明,定轨时采用两个跟踪弧段的照相数据 定轨精度大大高于一个弧段照相数据的定轨精度;跟踪卫星距离空间碎片越近,定轨精度越 高;低轨道空间碎片的定轨精度高于地球同步轨道上的空间碎片定轨精度。
     

卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究

高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度与影像外方位元素精度密切相关.文章针对单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种典型情况,对影像各外方位元素在目标几何定位中的误差传播规律进行分析比较,相关结论可供卫星姿控及相机载荷设计方参考.     

我国无地面控制点摄影测量卫星相机

文章简要介绍了中国以无地面控制点为条件的卫星摄影测量相机系统的研制历程,包括第一代、第二代返回式摄影测量相机和新一代传输型摄影测量相机,并简要分析了在无地面控制点条件下所能达到的制图精度.返回式摄影测量属静态摄影,图像几何精度高,可以建立无扭曲的立体模型,但易受到云的影响且时效性差.传输型摄影测量属动态摄影,常采用两线阵或三线阵CCD相机,基高比容易达到1,但需解决如何建立无扭曲的立体模型,目前提出线阵一面阵混合配制方案,即Line-MatrixCCD相机形式(LMC-CD),可以较好解决这一问题.     

动量轮微振动扰振频谱对三反同轴相机的影响

随着遥感卫星分辨率的不断提高,动量轮扰振对遥感成像的影响逐渐成为卫星总体设计时需要关注的问题。目前对动量轮微振动的研究多侧重于时域分析,经常把卫星平台和载荷分立开来单独研究。鉴于平台和相机之间具有耦合作用,分立研究会带来较大误差。动量轮的输出响应并不是一个单一频率的时域信号,不同频谱对相机的影响不同,频谱分析往往更能反映问题。文章联合卫星平台和相机进行整星建模,分析了微振动扰振从动量轮处传递到相机光学元件的频谱特征,得到动量轮扰振不同频谱对相机造成的具体影响。分析结果显示,低于相机基频的动量轮扰振频谱造成相机光轴晃动,相机特征频率区间的扰振频谱不仅会放大光轴晃动,还会造成相机内部的光学元件光轴不一致。最后文章定量计算比较了这两种影响带来的MTF下降。     

“资源三号”高分辨率立体测绘卫星三线阵相机设计与验证

2012年1月9日,中国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星——"资源三号"卫星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的三线阵相机可以获取2.1m地面像元分辨率(正视相机)和3.5m地面像元分辨率(前/后视相机)全色影像。文章介绍了三线阵相机的组成及工作原理、关键技术及实现情况、在轨运行和测试情况,给出了在轨测试的初步结果。在轨运行情况表明:相机设计合理,成像品质优异,各项指标满足1∶50 000制图应用的要求,实现了内方位元素的高精度稳定,对卫星定位精度达到国际先进水平发挥了关键作用。     

TDICCD相机安装精度对系统调制传递函数的影响

论述了对TDICCD相机安装精度导致调制传递函数（MTF）下降的机理,定量分析了TDICCD相机安装精度对MTF的影响程度,并分析了TDICCD相机安装精度与卫星飞行姿态的耦合效应对MTF的影响。文章的分析方法,可为合理确定TDICCD相机的安装精度指标提供理论分析的依据。     

GEO光学遥感卫星阳光入侵规避方法

地球静止轨道(GEO)光学遥感卫星的相机每天午夜时分存在阳光入侵问题,致使相机焦面存在潜在损伤,严重时将影响卫星的使用寿命。文章调研了国内外GEO光学遥感卫星针对此问题的解决方式,在综合考虑相机、电能、机动、热控、测控等各项影响因素之后,提出了一种应用约束规避算法的阳光入侵规避方法,首先将卫星设计的工程约束条件转换为空间几何约束条件,通过将明确约束参数后的算法引入卫星姿态控制器来调整卫星姿态指向,避免阳光入侵相机内部。典型工况的仿真分析结果表明:在规避过程中,相机光轴矢量与阳光入射矢量夹角满足约束条件,此方法有效,可满足卫星在轨应用。     

抗光轴扰动的双目视觉测量方法

针对交会对接过程中双目测量相机受空间环境影响其光轴指向发生扰动的问题,提出一种抗光轴扰动的双目视觉测量方法。通过辅助光路将固定于卫星本体的参考标志分别成像于两侧像面的边缘,根据其图像变化估计光轴扰动变换矩阵,补偿因光轴扰动而产生的像面变化,从而实现抗扰动测量。理论推导表明：只要参考标志位于两侧相机视场内,便能够校正相机光轴扰动。利用地面试验平台进行了光轴扰动校正的仿真试验,试验结果表明：当两侧相机光轴存在扰动时,该方法能够有效校正光轴扰动,极大地提高了三维位置的测量精度。     

环月遥感立体影像构建的几种模式比较

通过对环月遥感立体影像构建可能被采纳的几种模式比较,从理论上分析卫星航高、立体构像基线、影像分辨率、平面测量精度、高程测量精度诸因素间的关系。提醒注意,当保持卫星高度,用指定面阵相机作正直摄影时,提高影像分辨率却不能提高高程量测精度的事实。提出了使用双相机倾斜摄影模式提高高程量测精度的建议。     

一种空间推扫型光学成像系统几何映射方法

卫星光学遥感器在轨成像会受到颤振的影响,因此图像品质受姿态稳定度的影响很大,而高分辨率图像受到平台误差的影响更加明显。通过研究空间相机的几何模型,提出了一种从地球坐标系到空间光学遥感器坐标系之间的转换关系;分析了在轨卫星的姿态误差和运动源,并在几何模型中加入了内外方位元素特征;然后进行了空间TDICCD相机的成像仿真实验。为了在像面上模拟颤振,分别进行不同模态的颤振仿真,并且对视线范围内多模态综合作用进行仿真。仿真实验是基于三个轴系方向的,并且计算了TDICCD仿真图像的几何畸变量,模型中几何畸变量的测量尺度达到亚像素级,结果有利于指导卫星平台和遥感器的参数设计。