CN103713525B - 采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法 - Google Patents
采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103713525B CN103713525B CN201410001864.5A CN201410001864A CN103713525B CN 103713525 B CN103713525 B CN 103713525B CN 201410001864 A CN201410001864 A CN 201410001864A CN 103713525 B CN103713525 B CN 103713525B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- kinect
- spacecraft
- model
- maneuverable
- prime
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000012795 verification Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 27
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 10
- 230000008447 perception Effects 0.000 claims description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009472 formulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明公开了一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法,在地面上通过引入Kinect传感器,来模拟航天器间的捕捉、对准、对接的空间交会对接过程,给航天工程研制过程中相关交会算法提供验证平台,同时亦可用于交会对接过程的演示。该方法采用Kinect提供的图像信息及景深信息,来计算航天器间的相对位置及相对姿态,可以降低交会对接算法开发的资源消耗,而Kinect提供的开发接口可以提高交会对接方案研制的效率。
Description
技术领域
本发明涉及航天器交会技术领域,特别是一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法。
背景技术
随着航天科技的发展,航天任务变得越来越复杂,不论从空间站的对接到编队卫星的交会都会涉及到航天器的交会对接技术,而航天产品具有成本高、维护困难等特点,因此在地面上进行充分验证对于在轨任务的成功实施有很重要意义。
Kinect是美国微软公司用于Xbox360游戏机的一个体感传感器,同时它也可用于PC机上进行相关应用的开发,Kinect具备摄像头及红外距离传感器,可以方便且高效地提供机器视觉所需的传感数据。
为了验证航天器交会对接方案及算法,需要一个测试平台,而通常搭建这样一个平台,需要从传感器等硬件环境着手,比较费时且耗费资源,而Kinect正好提供了图像传感器及距离传感器,同时又有丰富的开发资源,可以大大简化测试平台的搭建,使验证实验的精力集中在交会对接算法上,提高研发效率。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法,该方法使用的测试平台简单易建,同时又有丰富的开发资源,使验证实验的精力集中在交会对接算法上,提高研发效率。
本发明公开的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统其特征在于:包括Kinect传感器、目标航天器模型、机动航天器模型以及计算机:目标航天器模型与Kinect传感器固连,Kinect传感器连接到计算机,机动航天器模型通过升缩连杆连接在小车上,小车与嵌入式计算机系统连接,嵌入式计算机系统也与计算机相连接;该采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统还包括背景墙;
作为上述技术方案的进一步改进,所述嵌入式计算机系统与计算机通过WIFI无线网络相连接。
作为上述技术方案的再进一步改进,所述嵌入式计算机系统为单片机系统。
作为上述技术方案的更进一步改进,所述升缩连杆为程控升缩连杆。
利用权利要求3所述的采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统进行的演示验证方法,包括以下步骤:
1)Kinect传感器初始化,建立背景环境信息:利用Kinect传感器的开发组件,建立软件开发环境;测得Kinect传感器与背景墙间的距离为dG,Kinect传感器获取的景深矩阵其矩阵元素的取值范围为0~255,景深与真实距离的比例
2)Kinect传感器感知机动航天器模型,将数据传入计算机,通过步骤1)建立的软件开发环境分别建立像素矩阵及景深矩阵,然后计算出机动航天器模型相对于目标航天器模型的相对距离及姿态,所述相对距离及姿态参数包括α、hO、d,α为机动航天器模型在水平面内的姿态角,hO为机动航天器模型中心点O与Kinect传感器视觉中轴线的高度差,d为机动航天器模型与目标航天器模型的水平间距;
3)计算机向嵌入式计算机系统发送三个控制参数,分别为步骤2)中的α、hO、d,然后通过小车控制升缩连杆升降,控制小车旋转以及向目标航天器模型前进,即可完成对接;如对接不成功,则重新从步骤2)开始。
作为上述技术方案的进一步改进,所述计算机动航天器模型相对于目标航天器模型的相对距离及姿态过程如下:在机动航天器模型上设置三个靶标(A,B,O),A、B与O点之间的距离分别为OA、OB,OA、OB相等,且OA与OB是垂直的;在景深矩阵中分别找到A、B、O点的景深数据,即可得到三个靶标的景深值,分别将该值乘以f得到的便是A、B、O三点与Kinect的实际距离dA、dB、dO;测得A点在像素矩阵中距离像素矩阵中心点的纵向距离HA′,并测得像素距阵中A、B、O的投影点A’、B’、O’间距离分别为O′A′、O′B′,
计算机动航天器模型3在水平面内的姿态角
机动航天器模型靶标O与Kinect传感器视觉中轴线的高度差
最后得出机动航天器模型与目标航天器模型的水平间距
作为上述技术方案的再进一步改进,所述靶标A、B、O的颜色与机动航天器模型及背景墙不同。
本发明所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法,具有以下优点:
(1)采用Kinect作为视觉及距离传感器,利用现成的成熟商用产品,简化了原有的硬件设计及平台搭建环节,让航天器交会对接验证过程专注于算法研究及开发上;
(2)采用微软公司提供的Kinect软件开发工具,简化了系统软件平台的设计过程,提高了效率。
附图说明
图1是本发明设计的硬件平台示意图;
图2是本发明设计的航天器交会对接验证流程;
图3是本发明设计的Kinect测距示意图;
图4是本发明设计的Kinect测角示意图;
图5是本发明中的Kinect像素矩阵示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1所示,本发明公开的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统,包括一个Kinect传感器1、目标航天器模型2、机动航天器模型3以及计算机5:目标航天器模型2与Kinect传感器1固连,Kinect传感器1通过USB接口连接连接到计算机5,机动航天器模型3通过程控升缩连杆连接在小车4上,从而可以实现机动航天器模型3在水平面内移动、旋转以及在垂直方向上升降共4个自由度的活动。小车4与单片机系统连接,单片机系统也与计算机5相连接,该演示验证系统还包括背景墙。
利用采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统进行的演示验证方法,包括以下步骤:
1)首先,Kinect传感器1初始化,建立背景环境信息:利用Kinect传感器1的开发组件,建立软件开发环境;测得Kinect传感器1与背景墙间的距离为dG,而Kinect传感器1获取的景深矩阵其取值范围为0~255,因此可以得到景深与真实距离的比例
2)接着,Kinect传感器1感知机动航天器模型3的图像数据及景深数据,计算出机动航天器模型3相对于目标航天器模型2的相对距离及姿态:Kinect传感器1感知机动航天器模型3,将数据传入计算机5,通过步骤1)建立的软件开发环境分别建立像素矩阵及景深矩阵,像素矩阵显示在背景墙上。在机动航天器模型3上设置三个靶标(A,B,O),它们以不同的颜色区别于机动航天器模型及背景墙,这样可以方便地从像素矩阵中识别出三个靶标的像素位置点,其中O为A、B两点所在的与中心轴垂直的面与中心轴的交点,A、B与O点之间的距离分别为OA、OB,且OA与OB是垂直的。如图3、图4和图5所示,由于Kinect采集到的像素矩阵与景深矩阵对应的实现中的对象是完全重合的在景深矩阵中分别找到A、B、O点的景深数据,即可得到三个靶标的景深值,分别将该值乘以f得到的便是A、B、O三点与Kinect的实际距离dA、dB、dO。测得A点在像素矩阵中距离像素矩阵中心点的纵向距离HA′,并测得像素距阵中A、B、O的投影点A’、B’、O’间距离分别为O′A′、O′B′,
计算机动航天器模型3在水平面内的姿态角
机动航天器模型3中心点O与Kinect传感器1视觉中轴线的高度差
最后得出机动航天器模型3与目标航天器模型2的水平间距
3)最后,计算机5向单片机系统发送三个控制参数,分别为步骤2)中的α、hO、dA、dB、dO,然后通过小车4控制升缩连杆升降,控制小车4旋转以及向目标航天器模型2前进,即可完成对接;如对接不成功,则重新从步骤2)开始。
本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统,其特征在于:包括Kinect传感器(1)、目标航天器模型(2)、机动航天器模型(3)以及计算机(5):目标航天器模型(2)与Kinect传感器(1)固连,Kinect传感器(1)连接到计算机(5),机动航天器模型(3)通过升缩连杆连接在小车(4)上,小车(4)与嵌入式计算机系统连接,嵌入式计算机系统也与计算机(5)相连接;该采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统还包括背景墙。
2.根据权利要求1所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统,其特征在于:所述嵌入式计算机系统与计算机(5)通过WIFI无线网络相连接。
3.根据权利要求2所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统,其特征在于:所述嵌入式计算机系统为单片机系统。
4.根据权利要求3所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统,其特征在于:所述升缩连杆为程控升缩连杆。
5.利用权利要求1或4所述的采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统进行的演示验证方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)Kinect传感器(1)初始化,建立背景环境信息:利用Kinect传感器(1)的开发组件,建立软件开发环境;测得Kinect传感器(1)与背景墙间的距离为dG,Kinect传感器(1)获取的景深矩阵其矩阵元素的取值范围为0~255,景深与真实距离的比例
2)Kinect传感器(1)感知机动航天器模型(3),将数据传入计算机(5),通过步骤1)建立的软件开发环境分别建立像素矩阵及景深矩阵,然后计算出机动航天器模型(3)相对于目标航天器模型(2)的相对距离及姿态,所述相对距离及姿态参数包括α、hO、d,α为机动航天器模型在水平面内的姿态角,hO为机动航天器模型中心点O与Kinect传感器视觉中轴线的高度差,d为机动航天器模型与目标航天器模型的水平间距;
3)计算机(5)向嵌入式计算机系统发送三个控制参数,分别为步骤2)中的α、hO、d,然后通过小车(4)控制升缩连杆升降,控制小车(4)旋转以及向目标航天器模型(2)前进,即可完成对接;如对接不成功,则重新从步骤2)开始。
6.根据权利要求5所述的演示验证方法,其特征在于:所述计算机动航天器模型(3)相对于目标航天器模型(2)的相对距离及姿态过程如下:在机动航天器模型(3)上设置三个靶标(A,B,O),A、B与O点之间的距离分别为OA、OB,OA、OB相等,且OA与OB是垂直的;在景深矩阵中分别找到A、B、O点的景深数据,即可得到三个靶标的景深值,分别将该值乘以f得到的便是A、B、O三点与Kinect的实际距离dA、dB、dO;测得A、B点在像素矩阵中距离靶标O的纵向距离HA′、HB′,测得在像素距阵中A、O间距离为O′A′,B、O间距离为O′B′,计算机动航天器模型(3)在水平面内的姿态角
机动航天器模型(3)靶标O与Kinect传感器(1)视觉中轴线的高度差
最后得出机动航天器模型(3)与目标航天器模型(2)的水平间距
7.根据权利要求6所述的演示验证方法,其特征在于:所述靶标A、B、O的颜色与机动航天器模型(3)及背景墙不同。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410001864.5A CN103713525B (zh) | 2014-01-02 | 2014-01-02 | 采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410001864.5A CN103713525B (zh) | 2014-01-02 | 2014-01-02 | 采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103713525A CN103713525A (zh) | 2014-04-09 |
CN103713525B true CN103713525B (zh) | 2016-04-27 |
Family
ID=50406581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410001864.5A Active CN103713525B (zh) | 2014-01-02 | 2014-01-02 | 采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103713525B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104061926B (zh) * | 2014-06-24 | 2017-10-24 | 北京控制工程研究所 | 基于在轨数据进行相对导航敏感器状态辅助判断的方法 |
CN106094565B (zh) * | 2016-06-13 | 2019-01-04 | 北京航空航天大学 | 一种航天器自主交会控制系统地面仿真试验方法 |
CN112270276B (zh) * | 2020-11-02 | 2022-05-06 | 重庆邮电大学 | 一种基于Kinect与WiFi数据联合的复杂环境中的行为识别的方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003036396A1 (en) * | 2001-10-25 | 2003-05-01 | Aspen Technology, Inc. | Non-linear dynamic predictive device |
US7571078B2 (en) * | 2004-05-20 | 2009-08-04 | Sap Ag | Time dependent process parameters for integrated process and product engineering |
CN102681542A (zh) * | 2012-03-07 | 2012-09-19 | 陶重犇 | 一种室内多用途移动机器人实验平台 |
CN103258078A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-08-21 | 上海交通大学 | 融合Kinect设备和Delmia环境的人机交互虚拟装配系统 |
CN103279987A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-04 | 厦门理工学院 | 基于Kinect的物体快速三维建模方法 |
CN103302668A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-18 | 东南大学 | 基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统及其方法 |
CN103325142A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-09-25 | 南京大学 | 一种基于Kinect的计算机三维模型建模方法 |
CN103400351A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-20 | 武汉大学 | 基于kinect深度图的低光照图像增强方法及系统 |
CN103473199A (zh) * | 2013-09-19 | 2013-12-25 | 安庆师范学院 | 一种基于超宽带透明传输的Kinect无线通讯方法 |
-
2014
- 2014-01-02 CN CN201410001864.5A patent/CN103713525B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003036396A1 (en) * | 2001-10-25 | 2003-05-01 | Aspen Technology, Inc. | Non-linear dynamic predictive device |
US7571078B2 (en) * | 2004-05-20 | 2009-08-04 | Sap Ag | Time dependent process parameters for integrated process and product engineering |
CN102681542A (zh) * | 2012-03-07 | 2012-09-19 | 陶重犇 | 一种室内多用途移动机器人实验平台 |
CN103258078A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-08-21 | 上海交通大学 | 融合Kinect设备和Delmia环境的人机交互虚拟装配系统 |
CN103302668A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-18 | 东南大学 | 基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统及其方法 |
CN103325142A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-09-25 | 南京大学 | 一种基于Kinect的计算机三维模型建模方法 |
CN103279987A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-04 | 厦门理工学院 | 基于Kinect的物体快速三维建模方法 |
CN103400351A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-20 | 武汉大学 | 基于kinect深度图的低光照图像增强方法及系统 |
CN103473199A (zh) * | 2013-09-19 | 2013-12-25 | 安庆师范学院 | 一种基于超宽带透明传输的Kinect无线通讯方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103713525A (zh) | 2014-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105045263B (zh) | 一种基于Kinect深度相机的机器人自定位方法 | |
CN104950695B (zh) | 一种通用的无人机视觉仿真平台 | |
CN110264563A (zh) | 一种基于orbslam2的八叉树建图方法 | |
CN102854887A (zh) | 一种无人机航迹规划和远程同步操控方法 | |
CN102759358B (zh) | 基于失效卫星表面参考点的相对位姿动力学建模方法 | |
CN103424126A (zh) | 一种无人机视觉自主着陆仿真验证系统及方法 | |
CN103489214A (zh) | 增强现实系统中基于虚拟模型预处理的虚实遮挡处理方法 | |
CN103713525B (zh) | 采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法 | |
CN113110590B (zh) | 一种多机分布式协同仿真控制平台及控制方法 | |
CN101833285A (zh) | 编队卫星姿态协同控制仿真装置及其仿真验证方法 | |
CN103871075B (zh) | 一种大椭圆遥感卫星地球背景相对运动估计方法 | |
CN107885871A (zh) | 基于云计算的同步定位与地图构建方法、系统、交互系统 | |
Wang et al. | Research of UAV target detection and flight control based on deep learning | |
CN105334739B (zh) | 基于迭代学习p型学习律的fast整网控制方法 | |
CN102034005B (zh) | 盾构隧道施工盾构机姿态仿真检测系统 | |
CN109839945A (zh) | 无人机降落方法、无人机降落装置及计算机可读存储介质 | |
CN106598577A (zh) | 一种基于ScadeDisplay软件的通用组件集成方法 | |
CN109857117A (zh) | 一种基于分布式模式匹配的无人艇集群编队方法 | |
CN108255932B (zh) | 基于三维数字化平台的数字化工厂的漫游浏览方法及系统 | |
CN105204511B (zh) | 一种物体自主移动的决策方法 | |
Wu et al. | Research of a kind of new UAV training simulator based on equipment simulation | |
CN106508030B (zh) | 遥操作交会对接仿真平台 | |
Zhao et al. | Intelligent recognition of spacecraft components from photorealistic images based on Unreal Engine 4 | |
CN104460345B (zh) | 一种智能集群自组织控制仿真系统及方法 | |
CN117252011A (zh) | 基于分布式架构的异构地空无人集群仿真系统构建方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |