空间机械臂视觉相机内参标定技术研究

针对空间机械臂视觉相机的任务需求与配置,内参标定技术是相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息的首要前提和重要保障。文章设计了一种基于二维平面靶的机械臂相机内参标定方法,用于解算焦距、主点坐标、畸变系数等。首先,利用相机拍摄多幅平面靶图像,求解平面靶与相机图像之间的映射矩阵;其次,构建相机内参约束方程;再次,利用特征值分解,解算焦距、主点坐标等参数值;最后,引入径向、切向畸变构建非线性模型,将解得的内参作为初值,利用Levenberg-Marquardt优化算法即可计算出相机内参最优解。试验结果表明,该方法完全适用于机械臂相机内参标定,标定结果均满足机械臂视觉相机获取合作目标三维位姿的测量精度要求。     

基于动量轮转速标定的轨道控制方法研究

某地球同步三轴卫星因故障导致推力器工作效率不稳定,使得采用原有方案进行向西轨道控制时姿态变化大,控制准确度降低.针对上述问题,通过分析卫星用于姿态控制的偏置动量轮的控制规律,利用星体角动量守恒条件,建立了偏置动量轮转速变化与轨道半长轴变化之间的相关性数学模型,提出了一种改进的基于偏置动量轮转速标定的轨道控制方法,同时结合姿态的稳定变化制定了轨道控制实施方案,并将其应用于实际卫星轨道控制中,取得了良好的控制效果.改进的控制方法提高了轨道控制的准确率,使得半长轴误差幅度由最大60％提高到0.2％左右,增加了姿态的稳定性,使得俯仰姿态变化幅度由最大0.7°减小到0.2°左右,降低了控制风险,减轻了地面控制人员的负担.     

Validation of the in-flight calibration procedures for the MICROSCOPE space mission

The MICROSCOPE space mission aims to test the Equivalence Principle with an accuracy of 10^-15${10}^{-15}$. The drag-free micro-satellite will orbit around the Earth and embark a differential electrostatic accelerometer including two cylindrical test masses submitted to the same gravitational field and made of different materials. The experience consists in testing the equality of the electrostatic acceleration applied to the masses to maintain them relatively motionless. The accuracy of the measurements exploited for the test of the Equivalence Principle is limited by our a priori knowledge of several physical parameters of the instrument. These parameters are partially estimated on-ground, but with an insufficient accuracy, and an in-orbit calibration is therefore required to correct the measurements. The calibration procedures have been defined and their analytical performances have been evaluated. In addition, a simulator software including the dynamics model of the instrument, the satellite drag-free system and the perturbing environment has been developed to numerically validate the analytical results. After an overall presentation of the MICROSCOPE mission, this paper will describe the calibration procedures and focus on the simulator. Such an in-flight calibration is mandatory for similar space missions taking advantage of a drag-free system.     

一种空间相机用小型锁定组件设计

在卫星发射阶段,采用锁定组件对空间相机中的活动部件进行锁定可以提高活动部件的基频和抗振动能力、减少振动对机构精度的影响。一种用于空间相机中活动部件锁定和解锁的小型锁定组件,采用电机正反转动带动滚子从动件径向凸轮机构来实现锁定、解锁功能。文章详细介绍了小型锁定组件组成和工作原理,通过设计实例对机构进行了受力分析计算、验证了电机和结构设计参数选择的合理性。装机地面试验和环境试验结果表明,所设计的锁定组件性能稳定、工作可靠,很好地满足了空间相机使用要求。     

空间红外点目标遥感探测系统在轨辐射定标

空间红外点目标遥感探测系统由于其任务与技术等方面的特殊性,其在轨辐射定标方法同一般对地观测遥感器相比较存在诸多差别。文章在广泛调研成功在轨运行的此类系统在轨辐射定标方法与技术基础之上,对其在轨辐射定标方法进行了分析与总结。为中国此类系统在轨辐射定标技术的深入研究提供参考。     

基于实验室定标和均匀景统计的相对辐射定标方法

提出了一种基于实验室定标和均匀景统计的定标方法,并应用于CBERS-02卫星遥感图像相对辐射校正。首先分析宽视场成像仪(Wide Field Imager,WFI)实验室基础定标系数;然后结合均匀景的定标方法,生成一组新的相对辐射定标系数;最后评价WFI图像相对辐射校正的效果。结果表明:文章提出的定标方法有效,可以较好地解决宽幅遥感图像辐射校正问题,同时为遥感卫星相对辐射校正提供了一种新的途径。     

多光谱相机高稳定性光机结构设计技术

文章针对测绘应用对多光谱相机设计的技术要求,从影响相机内方位元素和在轨成像品质因素出发,结合三反离轴相机的特点,重点分析多光谱相机高稳定性设计（力学和热）。多光谱相机主体反射镜通过选取零膨胀的微晶玻璃和殷钢材料,降低了反射镜的热敏感性,反射镜组件通过采用四点球铰无应力支撑技术实现了反射镜的静定支撑、消除掉了反射镜装配应力,保证了反射镜面型的稳定性。相机主体结构与卫星的连接采用柔性卸载结构设计,卸载了卫星结构由于热变形而导致的相机结构变化,保证了相机主体结构的在轨性能稳定性。通过对整个相机进行有限元分析和环境试验,有效地验证了设计的正确性,多光谱相机主体具有较好的结构稳定性。     

空间相机结构设计中的拓扑优化及尺寸优化

在复杂的整机力学环境下,以空间遥感相机支架最大自由模态为优化目标,将整机关键技术指标(基频、轻量化要求、自重变形要求等)作为约束条件,利用拓扑优化及尺寸优化技术,对某相机支架进行了优化设计。试验结果表明该方法能有效提高相机基频,相机支架实现了轻量化设计,质量减轻10%,验证了拓扑优化及尺寸优化技术在空间相机结构设计中的有效性。     

SerDes器件在遥感相机系统中的应用

基于当前遥感相机谱段数量的不断增加、分辨率的不断提升等方面造成的数据传输问题,分析了目前广泛应用的并行数据传输系统所面临的技术瓶颈,提出采用串行发送/解串(SerDes)方式加以替代的方案,通过对比分析,指出采用该方式传输数据的优点,进而阐述文章所采用的串行发送/解串芯片-TLK2711的工作原理、传输协议等,最终通过试验证明了其在遥感相机系统中应用的可行性,为后续遥感相机研制提供参考。     

基于模板识别的高精度自动定位系统

为满足机器人辅助 医疗手术中高精度自动识别物体的需要,利用Bumblebee 2 摄像头拍摄图像,把黑白交互的椭圆和圆作为一个模板,用改进的角点提取方法提取出图像中的角点;在对图像进行增强之后,利用模板黑白格的几何对称性特征提取模板中的角点,然后区分出椭圆中的角点和圆中的角点,最后利用向量垂直关系提取出椭圆中的目标角点,识别出模板.通过Bumblebee 2自带的深度函数,提取模板的深度,得到模板在摄像头空间中的坐标,达到高精度自动定位物体的目的,克服传统摄像机需要标定内外参数的步骤.实验表明,定位误差在0.42 mm之内,基本上可以满足手术的要求.