交会对接成像敏感器成像参数设计

基于交会对接成像敏感器在轨成像目标相对距离变化较大的特性,分析了敏感器嵌入式软件对曝光积分时间、激光发光功率等各项成像参数配置的方法。针对有先验数据、无先验数据初始捕获、跟踪模式等三个不同的工作模式特性与模式切换逻辑,设计了一种初始捕获参数试配方法,并将其与跟踪模式下的最优化参数实时计算相结合,形成了完整的交会对接成像敏感器成像参数设计方案,并进行了仿真测试,结果表明该方法能够有效确保在轨实时图像清晰度满足位姿测算要求,可为交会对接末段制导相对位姿测算提供保障。该方法拟应用于我国后续交会对接任务中。     

基于自适应容积卡尔曼滤波的非合作航天器相对运动估计

针对目标星无信息传递以及无特征光点的非合作目标交会对接问题,提出了一种利用立体视觉的相对运动估计方法。由于测量装置安装在非质心位置时,CW方程描述的卫星相对运动所存在的误差不能忽略,因而通过给出适用于椭圆轨道和圆轨道下的一般耦合模型,来描述姿态运动对位置运动的影响。为了克服模型的严重非线性以及噪声统计特性时变的问题,提出了基于Sage-Husa噪声估计器的自适应滤波器。仿真表明:该算法能够适应测量噪声统计特性随时间变化的情况,具有较高的相对运动估计精度。     

交会对接任务轨道控制规划设计与实施简

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题.设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化.设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合.交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务.     

交会对接远程导引轨道控制状态规划与优化算法

对空间交会对接远程导引段轨道控制问题进行了研究。在简单介绍交会对接远程导引轨道控制实时规划模型的基础上,提出了基于近圆偏差方程、序列二次规划算法和目标权重函数等在不同控制目标模式下的状态规划与优化算法。仿真结果表明,该算法收敛速度快,能较好地满足交会对接远程导引段的轨道控制要求,具有一定的工程实用价值。     

手控交会对接靶标的光照遮挡仿真与预报

针对我国交会对接过程中出现目标靶标被遮挡的现象,研究手控对接过程中靶标被遮挡的可能性,并仿真了遮挡过程。首先分析了目标飞行器前锥面和飞船自身以及帆板在交会对接中形成遮挡的特点,基于空间三维矢量投射原理,建立了各部分对靶标底盘产生遮挡的投影模型和遮挡模型,基于交会对接运动规律以及太阳矢量,计算获取了遮挡方位以及遮挡时间,并通过三维图形实时渲染和轨迹变化曲线图再现了遮挡过程,直观易懂。经与神八、神九交会对接光照遮挡比对,验证了方法的正确性及有效性。该方法已成功应用于地面支持任务中。     

环月快速交会调相策略设计与任务分析

针对未来载人登月任务中登月前环月轨道交会对接与组装问题,基于我国现有近地两天交会对接飞行方案,设计了环月轨道一天快速降轨交会任务的调相变轨方案,采用四脉冲修正特殊点变轨算法进行求解。分析了快速交会的调相终端控制精度、最优初始相位角范围等任务特性参数,给出了满足调相段终端控制精度所需要的定轨精度,分析了环月轨道倾角、调相段终端瞄准相对状态和调相时间对最优初始相位角范围和变轨总速度增量的影响规律。仿真结果表明,实施环月快速交会任务,要求追踪器与目标器的定轨精度均较高,但追踪器的最优初始相位角范围较大。     

基于改进SURF算法的无人机遥感图像拼接方法

针对传统SIFT算法在无人机遥感图像拼接中存在的运算缓慢、误匹配较多且计算过于复杂,无法满足遥感图像处理的实时性要求等缺陷,以及由于采集到的图像之间存在曝光差异等情况,直接进行叠加拼接后极大可能会在边界处产生重影错位的情况,文章提出了一种改进的SURF算法与融合算法用于无人机的遥感图像拼接。首先,在特征检测阶段,将SURF算法与Harris角点检测算法2种算法相结合,快速得到图像的特征点与特征描述子;在特征匹配阶段分为粗匹配与精匹配2个步骤:通过KNN算法对待拼接图像间特征点的粗匹配,以及应用RANSAC算法去除误匹配点的精匹配;在图像融合阶段,采用了基于距离的加权平均算法进行图像融合;最后,实验表明:文章所提出的算法处理速度相比于传统SUFT算法提升了近5倍,相比于其他改进算法,匹配精度也有所提高,并且该算法能够有效提高图像拼接后的质量与效果,解决了拼接痕印明显、重影、错位等现象可能发生的问题。     

空间交会对接多体制接收机设计与实现简

空间交会对接时,空空通信系统需在两个航天器之间建立双向通信链路,完成两者间的信息交换.在载人航天交会对接任务中,空空通信系统担负交会对接段以及撤离段航天器间的双向链路数据传输任务.针对不同的任务模式、分析不同信号的解调模型和算法特点,基于软件无线电技术确定本系统的全数字化解调算法和硬件平台设计方案,实现过程运用复用/优化设计思路,节省了逻辑资源、降低了算法复杂度.对关键指标的测试表明,该设计可满足空空通信系统的指标需求.     

基于Census变换和改进自适应窗口的立体匹配算法

 针对现有立体匹配算法难以在幅度失真图像中获取高匹配精度的问题,提出了一种基于Census变换和改进自适应窗口的立体匹配算法。首先根据图像结构和色彩信息获得基于十字骨架的任意形状和大小的Census变换窗口;其次利用Census变换的Hamming距作为匹配代价,使用两次累加降低计算复杂度,采用局部优化得到初始视差;最后提出一种基于均值偏移的视差提精方法,有效地处理了不可信视差区域,获得高精度的视差图。实验表明,通过该算法获得的视差图与当前优秀的局部算法相比精度相当,特别是能很好地处理现有算法难以解决的幅度失真问题,适用于无人机视觉导航的应用。     

航天器人控交会对接系统工效学要求与评价技术研究及实践

从人-系统整合的角度分析提出了工效学要求指标体系,通过试验研究确定了工效学要求,基于小样本理论和可靠性试验方法建立了复杂人控回路工效学评价方法。对人控交会对接系统工程设计开展了系统级评价试验,重点评估了航天器显控系统与人的能力匹配性;结合神舟八号与天空一号自动对接过程中下传的电视图像分析确定了人控交会对接适宜的光照环境;通过神舟九号和神舟十号载人航天飞行任务中人控交会对接试验,验证了工效学要求的合理性和工效学评价结果的正确性。最后提出了我国空间站任务阶段航天器人控交会对接系统工效学研究的重点。     

一种鲁棒的红外与可见光多级景象匹配算法

针对基于特征的景象匹配方法对图像噪声和局部形变适应性差以及对特征质量依赖性强等问题,从提高图像特征描述能力入手,将具有局部光照和对比度不变性的相位一致性变换引入到红外与可见光景象匹配的特征表征中,以获得对噪声和局部形变较强的适应性。在此基础上,首先采用抗旋转的圆投影实现图像粗略匹配,然后基于Zernike矩推导出图像的互相关匹配重构函数并用来剔除错误匹配点,最后基于曲面拟合方法获得亚像素定位,从而实现图像精确与鲁棒匹配。仿真实验验证了所提算法的有效性。     

一种基于小波分解的快速图像匹配算法

为了提高图像匹配的速度和精度,提出了一种基于小波分解图像匹配算法,该算法首先用Mallat算法对匹配图像进行小波多尺度分解,然后提取各级的边缘特征,最后在对图像进行多级分解的基础上进行匹配.该算法不仅减少了计算量,而且提高了图像匹配的精度.实验表明,提出的匹配算法在速度和精度上都是有效的.     

基于伪彩色的感兴趣目标检测方法

若获取的灰度图像中含有较大噪声时,传统Itti算法经常会出现漏检以及错检的情况。为此,提出了基于伪彩色的感兴趣目标检测方法。首先对灰度图像添加相应的彩色信息,生成一幅目标细节较为清晰的伪彩图;其次根据Itti算法进行显著性计算;最后通过模板匹配检测出感兴趣目标。实验结果表明：算法能够达到补偿由于噪声问题引起的显著性目标无法检测的问题。     

恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题,提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比,首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言,将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分,利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明,该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度,而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度,即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下,航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

基于NProd相关系数和人工免疫的激光图像匹配算法

为克服同源激光图像灰度匹配的匹配速度慢、易被干扰等不足,建议一种基于NProd相关系数和人工免疫的灰度校准匹配方法。NProd相关系数作为相似性度量函数,具有匹配准确、鲁棒性好的优势。对人工免疫算法进行改进,引入动态种群变异操作进行并行搜索,提高了灰度匹配算法的匹配速度。仿真实验表明：该算法具有匹配精度高、鲁棒性强和实时性高的优点。     

采用局部约束线性编码的像素级舰船目标图像融合

为了提升视觉信息在低能见度条件下的适用性,提出了一种采用局部约束线性编码的像素级舰船目标图像融合方法。首先,采用K均值奇异值分解算法从海量的训练样本中完成过完备字典的学习。其次,在考虑着舰导引实时性任务需求的前提下,采用局部约束线性编码完成融合系数的非迭代求解,相较于压缩感知理论架构下的匹配追踪算法,极大地降低了计算复杂度。此外,设计了一种基于融合系数最大绝对值的融合规则,并根据过完备字典和融合后的局部约束线性系数实现融合图像的重建。最后,利用圆周滤波器提取舰船图像的候选区域。大量试验结果表明,在融合图像质量方面,所提方法在保留高频细节的同时将图像中的舰船目标有效增强了,MI、Q_w、Q^AB/F等客观评价指标优于同类算法;在实时性方面,所提算法的计算速度相比于采用匹配追踪算法的图像融合方案有明显提升。     

Real-time mosaicking for infrared videos from an oblique sweeping camera

Image mosaicking is widely used in Geographic Information Systems (GISs) for large-scale ground surface analysis. However, most existing mosaicking methods can only be used in offline processing due to the enormous amounts of computation. In this paper, we propose a novel and practical algorithm for real-time infrared video mosaicking. To achieve this, a novel fast template matching algorithm based on Sum of Cosine Differences (SCD) is proposed to coarsely match the sequential images. The high speed of the proposed template matching algorithm is obtained by computing correlation with Fast Fourier Transform (FFT). We also propose a novel fast Least Squares Matching (LSM) algorithm for inter-frame fine registration, which can significantly reduce the computation without degrading the matching accuracy. In addition, the proposed fast LSM can effectively adapt for noise degradation and geometric distortion. Based on the proposed fast template matching algorithm and fine registration algorithm, we develop a practical real-time mosaicking approach which can produce seamless mosaic image highly efficiently. Experiments on synthetic and real-world datasets demonstrate that the proposed algorithm is not just computationally efficient but also robust against various noise distortions.     

基于极线几何的统计优化特征匹配算法

针对基于特征点的图像匹配中匹配数目不多以及重复结构下匹配较差等问题,提出了一种基于极线几何的统计优化特征匹配算法。利用正确匹配特征点之间满足对极约束的特点,从而可以减小特征点搜索区域,避免由于重复结构引起的误匹配对。首先使用一个小的特征点样本估计图像之间的基本矩阵,并利用它结合对极约束模型来引导特征匹配;然后利用基于特征点主方向和尺度信息的统计优化方法进一步消除误匹配,得到最终匹配结果。实验结果表明,该算法对图像的旋转和缩放变换具有良好的鲁棒性,匹配精度和数目有了很大提升,对于具有重复结构的图像匹配效果也较好。     

基于改进ORB-GMS-SPHP算法的快速图像拼接方法

针对传统图像拼接算法存在拼接速度慢、图像拼接有色差等问题，提出了一种基于ORB-GMS-SPHP算法的大视场多图像拼接方法。该方法首先利用高斯函数构建尺度空间，将高斯尺度空间划分为多个网格，在每个网格内借助FAST算法提取尺度空间特征点，使用BRIEF算法提取描述符并匹配，得到更加均匀分布的特征点；然后使用运动网格统计算法筛选匹配点；最后采用SPHP算法融合图像重叠区域，从而得到完整的拼接图像。将改进的ORB-GMS-SPHP算法与现有的传统特征点匹配算法在特征点匹配精度和特征点匹配速度进行对比与评价，验证了该方法特征点匹配速度快、精度高，并且可以保留更多的正确匹配点的特点。将该拼接方法与传统拼接方法在拼接速度、图像配准均方误差RMSE以及视觉主观判断拼接色差进行对比与评价，验证了该拼接方法具有较快的拼接速度、更高的拼接精度和无明显色差。该方法在2 736像素×3 648像素图像中,特征点匹配时间降低至6.463 s，图像配准精度RMSE降低至3.87。实验证明该方法特征点匹配速度快、精度高,且拼接精度高、无明显色差。     

一种基于边缘特征的改进ORB算法

ORB算法运算速度快,抗旋转变换能力好,但对可见光和红外图像匹配效果较差,为解决该问题,提出了一种基于边缘特征的改进ORB算法。该算法首先针对传统canny算子需要人工设定阈值的缺点,采用基于改进最大类间方差（Otsu）的自适应canny算子对图像进行边缘检测,然后对边缘图像进行ORB特征检测与描述,最后在最近次临近粗匹配的基础上进行RANSAC算法精匹配,提高了算法正确率。实验结果表明,该算法对可见光与红外图像匹配具有较好的鲁棒性,正确匹配点数和正确匹配率均比ORB算法高,能推广使用到可见光和红外图像融合等领域。