JP2003306200A - Image navigation for rendezvous docking and navigation device - Google Patents

Image navigation for rendezvous docking and navigation device

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JP2003306200A
JP2003306200A JP2002111841A JP2002111841A JP2003306200A JP 2003306200 A JP2003306200 A JP 2003306200A JP 2002111841 A JP2002111841 A JP 2002111841A JP 2002111841 A JP2002111841 A JP 2002111841A JP 2003306200 A JP2003306200 A JP 2003306200A
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雅幸 榎本
Takao Kanamaru
孝夫 金丸
Nobuyuki Kubota
伸幸 久保田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image navigation for a rendezvous docking and navigation device allowing a non-cooperative target satellite having no special marker launched in the past to effectively navigate at rendezvous docking (RVD) by moving a service satellite so as to approach a place, as a target, having an annular satellite-common structure such as a satellite frame part of a target satellite and corresponding to an object portion to be docked. <P>SOLUTION: Image of the target satellite 2 is picked up including the satellite frame part 21 by the service satellite 1, relative distance between the service satellite 1 and the target satellite 2 is measured, relative position of the satellite frame part 21 for the service satellite 1 is calculated, and the satellite frame part 21 in the picked up image is recognized as at least either an ellipse or a circular arc. Thereby, relative attitude of the satellite frame part 21 for the service satellite 1 is calculated, and the service satellite 1 is moved so as for the satellite frame part 21 in the picked up image to be close to a circle on the basis of the calculated relative position and relative attitude. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本願発明は、例えば、軌道上
の人工衛星にランデブ・ドッキング(RVD:Rendezvous
Docking)して当該人工衛星のメンテナンスを行なう宇
宙機のRVD時の接近用近距離域航法センサ(NRS:Near-r
ange Rendezvous Sensor)の改良に関し、特に、過去に
打ち上げられているドッキング専用の目標マーカを有し
ない人工衛星に対しても安定して移動させることができ
るランデブ・ドッキング用画像航法及び航法装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to, for example, a rendezvous docking (RVD: Rendezvous) satellite on an orbit.
Near-range navigation sensor (NRS: Near-r) for approaching during RVD of a spacecraft that performs docking) to maintain the satellite.
The present invention relates to an image navigation and navigation device for rendezvous docking, which can stably move even to an artificial satellite that does not have a target marker dedicated to docking that has been launched in the past.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、人工衛星軌道の過密化が問題にな
りつつあることから、既に軌道上にある人工衛星(ター
ゲット衛星)にランデブ・ドッキングし、当該ターゲッ
ト衛星をメンテナンスしてその運用期間の延長を図った
り、又は当該ターゲット衛星を軌道外へ廃棄したりする
人工衛星、所謂「サービス衛星」の実現が望まれてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, since the orbital congestion of artificial satellites is becoming a problem, rendezvous docking to an artificial satellite (target satellite) already in orbit, maintenance of the target satellite, and maintenance of the target satellite Realization of a so-called "service satellite", which is an artificial satellite for extending or discarding the target satellite out of orbit, is desired.

【0003】従来のサービス衛星は、そのドッキング側
に把持ハンド,把持アーム等の把持手段を備えており、
該把持手段により、上述の如きターゲット衛星のフレー
ム部(衛星フレーム部)を把持することによって該ター
ゲット衛星とのドッキングを行なう。上記衛星フレーム
部は、打ち上げ母船との機械的連結のために、人工衛星
の共通構造として設けられている短寸円筒状の部分であ
る。
A conventional service satellite is provided with gripping means such as a gripping hand and a gripping arm on the docking side,
The holding means holds the frame portion (satellite frame portion) of the target satellite as described above to perform docking with the target satellite. The satellite frame portion is a short cylindrical portion provided as a common structure of the artificial satellite for mechanical connection with the launch mother ship.

【0004】また、上記サービス衛星は、このようなド
ッキングを前提にターゲット衛星にアプローチする際に
は、ターゲット衛星のドッキング側に設けられた専用の
反射体等からなるマーカを目標として行なう。具体的に
は、サービス衛星は、それが備える撮像器により上記マ
ーカを含めて撮像し、撮像結果に画像処理を施すことに
より、ターゲット衛星との相対位置及び相対姿勢を演算
し、演算結果に基づいて、互いのドッキング側の面を正
対させるように自機をターゲット衛星に接近させる。
Further, when approaching the target satellite on the premise of such docking, the service satellite aims at a marker formed of a dedicated reflector or the like provided on the docking side of the target satellite. Specifically, the service satellite captures an image including the above-mentioned marker with an imager included in the service satellite, performs image processing on the imaged result, calculates the relative position and relative attitude with the target satellite, and based on the calculated result. Then, the aircraft approaches the target satellite so that the surfaces on the docking sides face each other.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、既に衛
星軌道上に打ち上げられている過去のターゲット衛星
は、このような専用のマーカを有していないため、上述
したような航法を、これらの過去のターゲット衛星(所
謂、非協力ターゲット衛星)に適用することは実質的に
不可能である。
However, the target satellites in the past, which have already been launched into the satellite orbits, do not have such a dedicated marker, so the above-mentioned navigation is performed in the past. Application to target satellites (so-called non-cooperative target satellites) is virtually impossible.

【0006】本願発明は、上記状況に鑑みて行なわれた
ものであり、ターゲット衛星の例えば衛星フレーム部の
ような環状の衛星共通構造であって、しかもドッキング
対象部位に相当する箇所を目標としてアプローチするよ
うに、サービス衛星を移動させることにより、過去に打
ち上げられた非協力ターゲット衛星に対してもランデブ
・ドッキング時の航法を有効に行なうことができるラン
デブ・ドッキング用画像航法及び航法装置を提供するこ
とを目的とする。
The invention of the present application has been made in view of the above situation, and an approach is aimed at a portion having a ring-like satellite common structure such as a satellite frame portion of a target satellite and corresponding to a docking target portion. As described above, by moving the service satellite, an image navigation and navigation device for rendezvous docking that can effectively perform navigation during rendezvous docking even for non-cooperative target satellites launched in the past is provided. The purpose is to

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
以下のような構成からなるランデブ・ドッキング用画像
航法及び航法装置によって解決することができる。
The present invention can solve the above problems by an image navigation and navigation device for rendezvous and docking having the following configurations.

【0008】本願発明に係るランデブ・ドッキング用画
像航法は、宇宙機を人工衛星とランデブ・ドッキングさ
せるべく、前記人工衛星のドッキング対象部位に前記宇
宙機を移動させるランデブ・ドッキング用画像航法にお
いて、前記宇宙機により、前記人工衛星をその環状フレ
ーム構造を含めて撮像する第1ステップと、前記宇宙機
と前記人工衛星との間の相対距離を計測する第2ステッ
プと、計測した相対距離に基づいて、前記宇宙機に対す
る前記環状フレーム構造の相対位置を演算する第3ステ
ップと、撮像画像中の前記環状フレーム構造を楕円及び
円弧の少なくとも一方として認識することによって、前
記宇宙機に対する前記環状フレーム構造の相対姿勢を演
算する第4ステップと、演算した前記環状フレーム構造
の相対位置及び相対姿勢に基づいて、撮像画像中の前記
環状フレーム構造が円に近づくように、前記宇宙機を移
動させる第5ステップとを有することを特徴とする。
The image navigation for rendezvous docking according to the present invention is the image navigation for rendezvous docking in which the spacecraft is moved to a docking target portion of the artificial satellite in order to rendezvous dock the spacecraft with the artificial satellite. Based on the first step of imaging the artificial satellite including its annular frame structure by the spacecraft, the second step of measuring the relative distance between the spacecraft and the artificial satellite, and the measured relative distance. A third step of calculating the relative position of the annular frame structure to the spacecraft, and recognizing the annular frame structure in the captured image as at least one of an ellipse and an arc, A fourth step of calculating the relative attitude, and the calculated relative position and phase of the annular frame structure. Based on the attitude, such that the annular frame structure in the captured image approaches a circle, and having a fifth step of moving the spacecraft.

【0009】また、本願発明に係るランデブ・ドッキン
グ用画像航法装置は、宇宙機を人工衛星とランデブ・ド
ッキングさせるべく、前記人工衛星のドッキング対象部
位に前記宇宙機を移動させるランデブ・ドッキング用画
像航法装置において、前記宇宙機に設けられ、前記人工
衛星をその環状フレーム構造を含めて撮像する第1撮像
器と、前記宇宙機と前記人工衛星との間の相対距離に基
づいて、前記宇宙機に対する前記環状フレーム構造の相
対位置を演算し、前記第1撮像器による撮像画像中の前
記環状フレーム構造を楕円及び円弧の少なくとも一方と
して認識することによって、前記宇宙機に対する前記環
状フレーム構造の相対姿勢を演算し、演算した相対位置
及び相対姿勢に基づいて、前記第1撮像器による撮像画
像中の前記環状フレーム構造が円に近づくように、前記
宇宙機を移動させる計算機とを備えることを特徴とす
る。
The rendezvous docking image navigation apparatus according to the present invention is a rendezvous docking image navigation system that moves the spacecraft to a docking target portion of the artificial satellite in order to rendezvously dock the spacecraft with the artificial satellite. In the device, a first imager provided in the spacecraft and configured to image the artificial satellite including its annular frame structure, and a relative distance between the spacecraft and the artificial satellite based on a relative distance between the spacecraft and the artificial satellite. By calculating the relative position of the annular frame structure and recognizing the annular frame structure in the image captured by the first imager as at least one of an ellipse and an arc, the relative attitude of the annular frame structure with respect to the spacecraft is determined. Based on the calculated relative position and relative attitude, the annular frame in the image captured by the first imager is calculated. As over arm structure approaches a circle, characterized in that it comprises a computer to move the spacecraft.

【0010】上記発明によれば、宇宙機は、従来のよう
にドッキング対象となる人工衛星(即ち、ターゲット衛
星)の専用のマーカを目標とするのではなく、ターゲッ
ト衛星の表面に露出した環状フレーム構造を目標として
アプローチする。具体的には、宇宙機が備える撮像器
(第1撮像器)により、ターゲット衛星の環状フレーム
構造を撮像し、撮像結果を画像処理することにより、当
該環状フレーム構造と宇宙機との相対位置及び相対姿勢
(即ち、ターゲット衛星と宇宙機との相対位置及び相対
姿勢)を演算し、撮像画像中の環状フレーム構造が円に
近づくように、つまり、第1撮像器を環状フレーム構造
に正対させるように、宇宙機を移動させるものである。
According to the above invention, the spacecraft does not target the dedicated marker of the artificial satellite (that is, the target satellite) to be docked as in the conventional case, but the annular frame exposed on the surface of the target satellite. Approach with structure as the goal. Specifically, an imager (first imager) included in the spacecraft captures an image of the ring frame structure of the target satellite, and image processing is performed on the image pickup result to determine the relative position between the ring frame structure and the spacecraft. The relative attitude (that is, the relative position and relative attitude between the target satellite and the spacecraft) is calculated so that the annular frame structure in the captured image approaches a circle, that is, the first imager faces the annular frame structure. As such, it is to move the spacecraft.

【0011】上記環状フレーム構造としては、ターゲッ
ト衛星の打ち上げ母船との連結のための環状をなした衛
星フレーム部を利用することが望ましい。このような衛
星フレーム部は、人工衛星が共通構造としてその外表面
に有しているものであり、特にランデブ・ドッキングに
際しては、この衛星フレーム部がドッキング対象部位と
なるため、宇宙機の移動先として好適である。より詳し
くは、撮像範囲の中心にこの衛星フレーム部の中心を一
致させるように移動させることが望ましく、この場合、
当該撮像器は、その光軸が最終的にドッキング対象部位
の中心に一致するような宇宙機の位置に配置されること
が望ましい。
As the annular frame structure, it is desirable to use an annular satellite frame portion for connecting the launch satellite of the target satellite. Such a satellite frame part is one that an artificial satellite has as a common structure on its outer surface, and especially during rendezvous docking, this satellite frame part becomes the docking target part, so Is suitable as More specifically, it is desirable to move the satellite frame so that the center of the imaging range coincides with the center of the imaging range. In this case,
It is desirable that the image pickup device is arranged at a position of the spacecraft such that its optical axis finally coincides with the center of the docking target portion.

【0012】画像処理については、一般的な楕円認識処
理及び/又は円弧認識処理を利用することが可能であ
る。撮像画像中に含まれる環状フレーム構造は、楕円形
若しくはその一部、又は円形若しくはその一部として現
れるので、このような形状から、環状フレーム構造の相
対位置及び相対姿勢、ひいてはターゲット衛星の相対位
置及び相対姿勢を求めることができる。
As for image processing, general ellipse recognition processing and / or arc recognition processing can be used. Since the annular frame structure included in the captured image appears as an ellipse or a part thereof, or a circle or a part thereof, from such a shape, the relative position and relative attitude of the annular frame structure, and by extension, the relative position of the target satellite. And the relative attitude can be obtained.

【0013】但し、ランデブ・ドッキングのためのアプ
ローチの開始段階で宇宙機がターゲット衛星に正対して
いることは少なく、従って、撮像画像中の環状フレーム
構造は、多くの場合、楕円形状として現れる。このた
め、撮像画像中の環状フレーム構造は、ターゲット衛星
の外表面に設けられた衛星固有の多数の補器類に遮蔽さ
れることが多いほか、ターゲット衛星の本体部分を覆う
光学的に強い反射特性を有する保護フィルム(所謂、ML
I:Multi Layer Insulator)による反射光によりハレー
ションを起こすため、撮像画像から環状フレーム構造を
抽出することが困難な場合がある。
However, the spacecraft rarely faces the target satellite at the beginning of the approach for rendezvous docking, and thus the annular frame structure in the captured image often appears as an elliptical shape. Therefore, the annular frame structure in the captured image is often shielded by a large number of satellite-specific auxiliary devices provided on the outer surface of the target satellite, and also has a strong optical reflection that covers the main body of the target satellite. Protective film with characteristics (so-called ML
I: Multi Layer Insulator) causes halation by reflected light, so it may be difficult to extract the annular frame structure from the captured image.

【0014】そこで、本願発明においては、本願出願人
が特願2001-010828号に開示している楕円認識方法(Ell
ipse-Fit)を利用することにより、補器類に遮蔽された
り、ハレーションを起こしたりする等して部分的に欠落
した楕円形状の環状フレーム構造の抽出画像から、該環
状フレーム構造の相対位置及び相対姿勢を効率良く求め
ることが可能である。
Therefore, in the present invention, the ellipse recognition method (Ell recognition method disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-010828 by the applicant of the present application)
By using ipse-Fit), the relative position of the annular frame structure and the relative position of the annular frame structure are extracted from the extracted image of the elliptical annular frame structure that is partially missing due to being shielded by auxiliary devices or causing halation. It is possible to efficiently obtain the relative attitude.

【0015】一般に、楕円認識方法では、認識した楕円
から対象円形物の相対姿勢を概ね得ることができるが、
楕円面が、楕円の中心軸のどちらの方向に向いているか
は判別することができない。従って、この部分を補うた
めに、認識した楕円が通過する面内の任意の箇所(例え
ば、楕円中心又は楕円上の複数の箇所)の相対位置(又
は相対距離)を計測することによって、楕円の相対姿勢
を特定することが可能である。また、楕円面の指向方向
は、本願発明の用途においては、処理途中で反転するこ
とは殆どあり得ないので、どちらの向きかを一旦認識で
きればよく、例えば、その部分だけ人間が撮像画像から
判断して本願発明に係る装置に手動入力することも可能
である。なお、このことは、円弧認識方法でも同様であ
る。
Generally, in the ellipse recognition method, the relative orientation of the target circular object can be generally obtained from the recognized ellipse.
It is not possible to determine which direction the center axis of the ellipse faces. Therefore, in order to compensate for this part, by measuring the relative position (or relative distance) of an arbitrary point (for example, the center of the ellipse or a plurality of points on the ellipse) in the plane through which the recognized ellipse passes, It is possible to specify the relative attitude. Further, the orientation direction of the ellipsoid can hardly be inverted during the processing in the application of the present invention, so it is sufficient to once recognize which direction, for example, a human can judge only that portion from the captured image. Then, it is also possible to manually input to the device according to the present invention. Note that this also applies to the arc recognition method.

【0016】また、円弧認識処理は、対象円形物が撮像
器に略正対している場合に利用されるので、相対姿勢を
求めることは必ずしも必要ではない。これは、衛星フレ
ーム部が、上述のように180°反対に向いた状態では、
ターゲット衛星の本体に遮蔽されて撮像器には捉えられ
ないからである。従って、円弧認識処理にあっては、認
識した円弧の相対位置及び特に中心位置が少なくとも得
られればよいのである。しかし、当然のことながら、相
対姿勢を円弧認識処理により並行して求めてもよい。
Further, since the circular arc recognition processing is used when the target circular object is substantially directly facing the image pickup device, it is not always necessary to obtain the relative posture. This is because the satellite frame part is facing 180 ° oppositely as described above,
This is because it is blocked by the main body of the target satellite and cannot be captured by the imager. Therefore, in the arc recognition processing, at least the relative position and particularly the center position of the recognized arc should be obtained. However, as a matter of course, the relative attitude may be obtained in parallel by the arc recognition processing.

【0017】環状フレーム構造の相対位置を求めるため
には、環状フレーム構造の特定箇所(例えば、中心位置
又は楕円若しくは円弧上の位置)の相対距離を求める必
要があるが、当該相対距離は、例えば、複数の撮像器を
宇宙機に設け、これら複数の撮像器により、ステレオ計
測することが可能である。また、レーザ光等の比較的高
輝度のスリット光を、環状フレーム構造を横断するよう
に照射することによって、相対距離を光切断計測するこ
とも可能である。一般に、レーザスリット光による光切
断計測の方が、ステレオ計測よりも測距精度を高くする
ことができるため、例えば、相対距離が遠いときにステ
レオ計測し、近いときに光切断計測するように切り換え
て適用するようにしてもよい。
In order to obtain the relative position of the annular frame structure, it is necessary to obtain the relative distance of a specific position (for example, the center position or the position on the ellipse or arc) of the annular frame structure. It is possible to provide a plurality of image pickup devices on a spacecraft and perform stereo measurement with these plural image pickup devices. Further, it is also possible to measure the relative distance by optical cutting by irradiating slit light such as laser light having relatively high brightness so as to traverse the annular frame structure. In general, since the light-slit measurement using laser slit light can improve the ranging accuracy more than the stereo measurement, for example, the stereo measurement is performed when the relative distance is long, and the light-disconnection measurement is performed when the relative distance is close. You may make it apply.

【0018】また、上記の如きスリット光は、環状フレ
ーム構造及びその周囲のMLIでの反射光が複数の撮像器
のうちの少なくとも1つに撮像されるように照射され、
撮像される反射スリット光が、相対距離が所定の距離と
なったときに、撮像範囲の所定位置にくるように設定す
ることも可能である。この場合、上記撮像範囲の所定位
置は、宇宙機が有する把持ハンド,把持アーム等の把持
手段の把持位置に一致させるようにする一方、上記環状
フレーム構造の照射箇所(つまり、反射位置)が、丁
度、ターゲット衛星の把持対象部位に相当する位置に一
致させるようにすることが望ましい。また、光切断計測
を利用して、相対距離だけでなく、相対姿勢を求めるよ
うにしてもよい。例えば、環状フレーム構造上の複数箇
所(例えば、3箇所)の相対距離を光切断計測により求
め、求めた各箇所の相対距離から環状フレーム構造の相
対姿勢を求めることが可能である。
Further, the slit light as described above is irradiated so that the light reflected by the annular frame structure and the surrounding MLI is imaged by at least one of the plurality of image pickup devices,
It is also possible to set the reflected slit light to be imaged so as to come to a predetermined position in the imaging range when the relative distance becomes a predetermined distance. In this case, the predetermined position of the imaging range is made to coincide with the gripping position of the gripping means such as the gripping hand and the gripping arm of the spacecraft, while the irradiation position of the annular frame structure (that is, the reflection position) is It is desirable that the position of the target satellite exactly coincides with the position of the target to be grasped. In addition, not only the relative distance but also the relative attitude may be obtained by using the light section measurement. For example, it is possible to obtain the relative distances of a plurality of places (for example, three places) on the annular frame structure by optical cutting measurement, and obtain the relative posture of the annular frame structure from the obtained relative distances of the respective places.

【0019】上記したように、撮像器は、構成上必然的
に宇宙機に設置されるが、ステレオ計測には最低でも2
つの撮像器を必要とするため、上記撮像器は、宇宙機の
ドッキング側の面の中央に配置される撮像器(第1撮像
器)と、該第1撮像器から離隔して設けられた別の撮像
器(第2撮像器)とから構成することが可能であり、ま
た、複数の第2撮像器から構成することも可能である。
As described above, the image pickup device is necessarily installed in the spacecraft due to its structure, but at least 2 for stereo measurement.
Since one image pickup device is required, the image pickup device is separated from the image pickup device (first image pickup device) arranged in the center of the docking side surface of the spacecraft and the image pickup device provided separately from the first image pickup device. Image pickup device (second image pickup device), or a plurality of second image pickup devices.

【0020】また、ステレオ計測の用途以外にも、第2
撮像器は、例えば、ドッキング時にターゲット衛星の把
持対象部位に正対する位置に設置する等して、上記のよ
うな光切断計測が容易な位置に設置されることが望まし
い。このような場合、例えば、第1撮像器を中央に配置
し、その設置位置を交点とする直交軸上に第2撮像器を
それぞれ配置することが可能である。
In addition to the stereo measurement application, the second
It is desirable that the imager be installed at a position where the optical cutting measurement described above can be easily performed, for example, by installing the imager at a position directly facing the gripping target portion of the target satellite during docking. In such a case, for example, it is possible to dispose the first image pickup device in the center and dispose the second image pickup devices on the orthogonal axes whose intersections are the installation positions thereof.

【0021】このように複数の撮像器を配置し、上記の
ようなステレオ計測,楕円認識処理,及び円弧認識処
理,光切断計測等を実施することにより、計測及び処理
精度の向上を図ることができるという利点もある。
By arranging a plurality of image pickup devices in this way and performing the above-described stereo measurement, ellipse recognition processing, arc recognition processing, optical cutting measurement, etc., the accuracy of measurement and processing can be improved. There is also an advantage that you can.

【0022】以上の発明においては、移動対象をサービ
ス衛星等の人工衛星に限定するものではなく、ロケット
等を利用して宇宙空間に打ち上げられる各種の宇宙機に
適用することが可能である。
In the above invention, the moving object is not limited to the artificial satellite such as the service satellite, but can be applied to various space vehicles launched into outer space using a rocket or the like.

【0023】また、本願発明に係るランデブ・ドッキン
グ用画像航法装置は、撮像器、又はこれに加えてスリッ
ト光を照射する手段以外の部分を宇宙機とは別体に構成
し、リモートで宇宙機の航法演算するように構成するこ
とも可能であり、また、上記の如き画像処理を用いた演
算のみを担い、他の装置に実際の航法演算を行わせるよ
うに構成することも可能である。さらには、本願発明に
係る全体部分を、航法用の推進器を備える宇宙機に搭載
し、該宇宙機を自律移動させることも可能である。
In the rendezvous docking image navigation apparatus according to the present invention, a portion other than the image pickup device or means for irradiating slit light in addition to the image pickup device is configured separately from the spacecraft, and the spacecraft is remotely operated. It is also possible to configure so as to perform the navigation calculation of the above, or to perform only the calculation using the image processing as described above and cause another device to perform the actual navigation calculation. Furthermore, it is also possible to mount the whole part according to the present invention on a spacecraft provided with a propulsion device for navigation and to autonomously move the spacecraft.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本願発明に係るランデブ・
ドッキング用画像航法を実施するための装置について、
当該装置を搭載した宇宙機としてのサービス衛星を例と
して添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The rendezvous according to the present invention will be described below.
Regarding the device for carrying out image navigation for docking,
A service satellite serving as a spacecraft equipped with the device will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

【0025】まず、後で詳述するサービス衛星1がドッ
キング対象とするターゲット衛星2について説明する。
本実施の形態のターゲット衛星2は、例えば、図1に示
すように、MLIで覆われた箱形の本体2aと、サービス衛
星1とのドッキング側(以後、こちら側を前方とする)
の面に、ターゲット衛星2の打ち上げ母船との連結のた
めに設けられた短寸筒状の衛星フレーム部21と、該本体
2aの側方から突出する太陽電池パネル22と、本体2aの各
部に露出して設けられた補器類23とを備えている。ま
た、衛星フレーム部21の中央の位置には、アポジモータ
等の略円錐形をなす噴射口23がその大径側を前方に向け
て、本体2aの前面から突出して設けられている。
First, the target satellite 2 to be docked by the service satellite 1 which will be described in detail later will be described.
The target satellite 2 of the present embodiment is, for example, as shown in FIG. 1, a docking side of the box-shaped main body 2a covered with MLI and the service satellite 1 (hereinafter, this side is referred to as the front).
, A short cylindrical satellite frame portion 21 provided for connection with the launch mother ship of the target satellite 2 and the main body.
The solar cell panel 22 projects from the side of 2a, and the auxiliary devices 23 provided on each part of the main body 2a so as to be exposed. Further, a substantially conical injection port 23 such as an apogee motor is provided at a central position of the satellite frame portion 21 so as to project from the front surface of the main body 2a with its large diameter side facing forward.

【0026】一方、本願発明の実施の形態に係るサービ
ス衛星2は、その全体構成を図2に斜視図で示し、その
制御系の要部を図3にブロック図で示すように、全体と
して箱形をなす本体1aを備え、該本体1aは、そのドッキ
ング側(以後、こちら側を前方とする)の面の中央にメ
インカメラ11を備えている。該メインカメラ11は、その
撮像光軸を前方に向けて配置されている。本体1aの前面
上の、メインカメラ11の上下左右のそれぞれの位置に
は、全部で4つのサブカメラ12が、メインカメラ11から
等距離離隔して配置されている。なお、本実施の形態に
おいては、メインカメラ11及び4つのサブカメラ12は、
同一面内に配置されている。
On the other hand, the service satellite 2 according to the embodiment of the present invention has an overall configuration shown in a perspective view in FIG. 2 and a main part of its control system as shown in a block diagram in FIG. The main body 1a has a shape, and the main body 1a has the main camera 11 in the center of the surface on the docking side (hereinafter, this side is the front). The main camera 11 is arranged with its imaging optical axis facing forward. On the front surface of the main body 1a, a total of four sub-cameras 12 are arranged at equal positions above, below, to the left and right of the main camera 11, and are equidistantly spaced from the main camera 11. In the present embodiment, the main camera 11 and the four sub cameras 12 are
They are arranged in the same plane.

【0027】なお、メインカメラ11及びサブカメラ12と
しては、焦点調節が可能であり、視野角(FOV)が約30
°のモノクロカメラが採用される。
The main camera 11 and the sub camera 12 can be adjusted in focus and have a viewing angle (FOV) of about 30.
A monochromatic camera of ° is adopted.

【0028】各サブカメラ12は、レーザプロジェクタ15
及び把持ハンド16と一体にユニット化されており、この
ユニット単位にて、メインカメラ11との間の距離を変更
可能とされている。上下のサブカメラ12に対応するレー
ザプロジェクタ15は、該サブカメラ12の撮像光軸方向に
向かって右側にオフセット配置され、左右のサブカメラ
12に対応するレーザプロジェクタ15は、該サブカメラ12
の撮像光軸方向に向かって下側にオフセット配置されて
いる。各レーザプロジェクタ15は、スリット状のレーザ
光を、サブカメラ12の撮像光軸に対して僅かな傾きをも
って前方に照射するように配置され、スリット方向を、
上下のレーザプロジェクタ15は上下方向に、左右のレー
ザプロジェクタ15は左右方向に向けられている。
Each sub-camera 12 includes a laser projector 15
Also, it is unitized with the gripping hand 16 and the distance to the main camera 11 can be changed in this unit. The laser projectors 15 corresponding to the upper and lower sub-cameras 12 are offset on the right side in the imaging optical axis direction of the sub-cameras 12, and the left and right sub-cameras 12 are arranged.
The laser projector 15 corresponding to the sub camera 12
Is offset downward in the image pickup optical axis direction. Each laser projector 15 is arranged so as to irradiate the slit-shaped laser light forward with a slight inclination with respect to the image pickup optical axis of the sub camera 12, and the slit direction,
The upper and lower laser projectors 15 are oriented in the vertical direction, and the left and right laser projectors 15 are oriented in the horizontal direction.

【0029】一方、各把持ハンド16は、略コの字形をな
し、そのコの字形のウェッブ部を上記ドッキング側の面
に沿って、また、その先端に図示しないエンドエフェク
タ等を備えたフランジ部を前方に向けて配置されてい
る。各把持ハンド16は、その中央部分で前方に屈曲する
ように動作することにより、コの字形の先端部分にてド
ッキング対象物(即ち、衛星フレーム部21)を把持する
ことができるようになっている。上下の把持ハンド16
は、ウェッブ部を上下方向に沿って、また、左右の把持
ハンド16は、ウェッブ部を左右方向に沿って配されてお
り、これによって、4つの把持ハンド16が、衛星フレー
ム部21の上下左右の4箇所を把持し易いようになってい
る。
On the other hand, each gripping hand 16 has a substantially U-shape, and a U-shaped web portion is provided along the surface on the docking side, and a flange portion having an end effector (not shown) at the tip thereof. Is arranged with the front facing. By operating each gripping hand 16 so as to bend forward at the central portion thereof, the docking target (that is, the satellite frame portion 21) can be gripped at the U-shaped tip portion. There is. Upper and lower gripping hands 16
Are arranged along the up-down direction of the web part, and the left and right gripping hands 16 are arranged along the left-right direction of the web part, whereby the four gripping hands 16 are arranged vertically and horizontally on the satellite frame part 21. It is easy to grasp the four points.

【0030】また、メインカメラ11の周囲には、環状を
なす面光源(以後、単に照明と称す)13が配置されてお
り、これによって、メインカメラ11及びサブカメラ12の
撮像範囲を照らすことができるようになっている。さら
に、本体1aの適宜の箇所には、ガスジェット等の姿勢制
御用の一又は複数の推進器14(図3参照)が設けられて
いる。
A ring-shaped surface light source (hereinafter, simply referred to as “illumination”) 13 is arranged around the main camera 11 so that the imaging range of the main camera 11 and the sub camera 12 can be illuminated. You can do it. Furthermore, one or more propulsion devices 14 (see FIG. 3) for attitude control of a gas jet or the like are provided at appropriate locations on the main body 1a.

【0031】本実施の形態に係るサービス衛星1は、以
上のようなハードウェア構成となっており、次に詳述す
るように、それが備える計算機10(図3参照)により、
ターゲット衛星2の衛星フレーム部21をメインカメラ11
及びサブカメラ12で撮像させ、この撮像画像を入力情報
として、撮像画像に画像処理を施し、衛星フレーム部21
の中心を目標として推進器14を作動させ、ターゲット衛
星2へのアプローチを行ない、最終的に、把持ハンド16
を作動させてターゲット衛星2の衛星フレーム部21を把
持することにより、捕獲・ドッキングを達成するように
構成されている。
The service satellite 1 according to the present embodiment has the above-described hardware configuration, and as will be described in detail below, the computer 10 (see FIG. 3) included in the service satellite 1
Set the satellite frame part 21 of the target satellite 2 to the main camera 11
Also, the sub camera 12 captures an image, and the captured image is subjected to image processing using the captured image as input information.
The propulsion device 14 is operated with the center of the target as the target, and the target satellite 2 is approached.
Is operated to grip the satellite frame portion 21 of the target satellite 2 to achieve capture and docking.

【0032】なお、ターゲット衛星2に関する情報(例
えば、全体寸法,衛星フレーム部21の寸法等)、並びに
メインカメラ11及びサブカメラ12の設置位置に関する情
報等は、予め取得でき、これらの情報は、計算機10の図
示しないメモリに記憶されている。
Information about the target satellite 2 (for example, overall dimensions, dimensions of the satellite frame portion 21, etc.) and information about the installation positions of the main camera 11 and the sub-camera 12 can be obtained in advance. It is stored in a memory (not shown) of the computer 10.

【0033】次に、ランデブ・ドッキング時のサービス
衛星1の計算機10の制御内容を、図4〜図6のフローチ
ャートに従って、図7〜図11のメインカメラ11及びサ
ブカメラ12の撮像画像を参照しながら説明する。
Next, the control contents of the computer 10 of the service satellite 1 at the time of rendezvous docking will be referred to by the images taken by the main camera 11 and the sub camera 12 of FIGS. 7 to 11 according to the flowcharts of FIGS. 4 to 6. While explaining.

【0034】まず、そのメインルーチンを図4を参照し
て説明する。サービス衛星1は、ターゲット衛星2との距
離を縮めるようにアプローチを開始し、例えば、ターゲ
ット衛星2との相対距離が約7500mmとなった時点で、計
算機10が、照明13をONにし(ステップS1)、メインカメ
ラ11及びサブカメラ12での撮像を開始させる(ステップ
S2)。なお、この場合の相対距離の計測は、例えば、レ
ーダー,GPS等を利用して行うことができるほか、後で
詳述するようなステレオ計測を利用して衛星フレーム部
21の全体形状パターンを相関処理して行うことが可能で
ある。また、ここでは、上記メインルーチンの開始時点
を上記相対距離が約7500mmとなった時点としてあるが、
これに限定するものではなく、例えば、約10000mmとす
ることも可能である。
First, the main routine will be described with reference to FIG. The service satellite 1 starts an approach to reduce the distance from the target satellite 2, and, for example, when the relative distance from the target satellite 2 reaches about 7500 mm, the computer 10 turns on the illumination 13 (step S1 ), Start imaging with the main camera 11 and the sub camera 12 (step
S2). In this case, the relative distance can be measured by using, for example, radar, GPS, etc.
It is possible to perform the correlation processing of 21 whole shape patterns. Also, here, the start time of the main routine is set to the time when the relative distance becomes about 7500 mm,
The thickness is not limited to this, and may be about 10,000 mm, for example.

【0035】図7には、約7500mm時点での、メインカメ
ラ11による撮像画像110と、各サブカメラ12による撮像
画像121〜124とを示してある。ここで、メインカメラ11
による撮像画像110を図7の中央に、また、上側のサブ
カメラ12による撮像画像121を中央の撮像画像110の上側
に、撮像方向に向かって右側のサブカメラ12による撮像
画像122を中央の撮像画像110の右側に、下側のサブカメ
ラ12による撮像画像123を中央の撮像画像110の下側に、
そして、撮像方向に向かって左側のサブカメラ12による
撮像画像124を中央の撮像画像110の左側にそれぞれ配し
てある。各撮像画像110及び121〜124の中心に配された
十字の印は、メインカメラ11及びサブカメラ12のセンタ
ーマークOである。
FIG. 7 shows a picked-up image 110 by the main camera 11 and picked-up images 121-124 by each sub-camera 12 at about 7500 mm. Where the main camera 11
7, the image taken by the sub camera 12 on the upper side is taken on the upper side of the taken image 110 at the center, and the image taken 122 by the sub camera 12 on the right side in the image taking direction is taken at the center. On the right side of the image 110, the captured image 123 by the sub camera 12 on the lower side is on the lower side of the captured image 110 in the center,
Then, the imaged image 124 by the sub camera 12 on the left side in the imaging direction is arranged on the left side of the imaged image 110 in the center. A cross mark arranged in the center of each of the captured images 110 and 121 to 124 is a center mark O of the main camera 11 and the sub camera 12.

【0036】サービス衛星1がターゲット衛星2に近づく
につれて、メインカメラ11及びサブカメラ12の撮像範囲
にターゲット衛星2が収まるようになり、撮像画像中で
は、ターゲット衛星2の衛星フレーム部21は、概して楕
円形として現れる。
As the service satellite 1 approaches the target satellite 2, the target satellite 2 comes to fit within the imaging range of the main camera 11 and the sub camera 12, and in the captured image, the satellite frame portion 21 of the target satellite 2 generally Appears as an ellipse.

【0037】計算機10は、続いて、サブカメラ12による
ステレオ計測を開始し(ステップS3)、サブカメラ12に
よる後で詳述する楕円認識処理ルーチンを実行し(ステ
ップS4)、ステレオ計測結果を勘案して、楕円として認
識した衛星フレーム部21が円に近づくように、且つその
楕円の中心軸にメインカメラ11の撮像光軸が一致するよ
うに推進器14を作動させる。これによって、各撮像画像
110及び121〜124中のターゲット衛星2は、図8に示すよ
うに近づき、楕円として現れる衛星フレーム部21も図7
よりも円形に近づく。
Subsequently, the computer 10 starts the stereo measurement by the sub camera 12 (step S3), executes the ellipse recognition processing routine which will be described in detail later by the sub camera 12 (step S4), and considers the stereo measurement result. Then, the propulsion device 14 is operated so that the satellite frame portion 21 recognized as an ellipse approaches a circle and the imaging optical axis of the main camera 11 coincides with the center axis of the ellipse. This allows each captured image
The target satellite 2 in 110 and 121-124 approaches as shown in FIG. 8, and the satellite frame portion 21 that appears as an ellipse is also shown in FIG.
Closer to a circle than.

【0038】なお、図1に示すように、衛星フレーム部
21の内側にはアポジモータの噴射口23が配置されている
場合があるため、これを衛星フレーム部21と誤認する可
能性があるが、このように複数の楕円(又は円弧)が認
識されるような場合には、大側の楕円(又は円弧)を採
用することにより解決可能である。
As shown in FIG. 1, the satellite frame part
Since the injection port 23 of the apogee motor may be arranged inside 21, it may be mistaken for the satellite frame portion 21, but it is possible to recognize multiple ellipses (or arcs) in this way. In such a case, it can be solved by adopting the ellipse (or arc) on the large side.

【0039】なお、ステレオ計測に利用するサブカメラ
12は、最低でも2つ必要であるが、本実施の形態におい
ては4つのサブカメラ12の全てを利用している。
A sub camera used for stereo measurement
At least two 12 are required, but in the present embodiment, all four sub-cameras 12 are used.

【0040】そして、計算機10は、サブカメラ12による
ステレオ計測に基づいたターゲット衛星2との相対距離
が第1閾値(例えば、約6000mm)よりも近くなったか否
かを判断し(ステップS5)、上記相対距離が第1閾値よ
りも遠い場合(ステップS5で"NO")には、サブカメラ12
による楕円認識処理ルーチンの実行を維持する。一方、
上記相対距離が第1閾値よりも近くなった場合(ステッ
プS5で"YES")には、計算機10は、サブカメラ12による
楕円認識処理ルーチンから、メインカメラ11による楕円
認識処理ルーチンと、サブカメラ12による後で詳述する
円弧認識処理ルーチンとの並列処理に移行し(ステップ
S6)、楕円及び円弧として認識した衛星フレーム部21が
更に円に近づくように、且つその楕円及び円の中心軸に
メインカメラ11の撮像光軸が一致するように推進器14を
作動させる。
Then, the computer 10 judges whether or not the relative distance to the target satellite 2 based on the stereo measurement by the sub camera 12 is closer than the first threshold value (for example, about 6000 mm) (step S5), When the relative distance is longer than the first threshold value (“NO” in step S5), the sub camera 12
The execution of the ellipse recognition processing routine is maintained. on the other hand,
When the relative distance becomes closer than the first threshold value (“YES” in step S5), the computer 10 determines from the ellipse recognition processing routine by the sub camera 12 to the ellipse recognition processing routine by the main camera 11 and the sub camera. The parallel processing with the arc recognition processing routine, which will be described in detail later in 12, is executed (step
S6), The propulsion device 14 is operated so that the satellite frame portion 21 recognized as an ellipse and a circular arc approaches a circle further and the optical axis of the main camera 11 coincides with the center axis of the ellipse and the circle.

【0041】上記相対距離が或る程度近く(例えば、約
6000mmよりも近く)なると、図9に示すように、サブカ
メラ12に捉えられる衛星フレーム部21の一部が撮像範囲
から逸脱するようになる。この場合、サブカメラ12によ
る撮像画像121〜124から得られる衛星フレーム部21を楕
円認識することが困難になってくる。そこで、サブカメ
ラ12の処理を、衛星フレーム部21が部分的に撮像範囲か
ら欠落していても利用可能な円弧認識処理に切り換える
ことにより、同様の結果を継続して得ることができる。
また、中央のメインカメラ11にあっては、より円形に近
づいた衛星フレーム部21の全体部分が依然として捉えら
れている可能性があるので、その場合には、メインカメ
ラ11で楕円認識処理を引き継いで実行する。このよう
に、メインカメラ11及びサブカメラ12で異なる認識処理
を並列に実行することにより、得られる認識結果の信頼
性を向上させることが可能である。
The relative distance is somewhat close (for example, about
If the distance becomes closer than 6000 mm), as shown in FIG. 9, a part of the satellite frame portion 21 captured by the sub camera 12 will deviate from the imaging range. In this case, it becomes difficult to recognize the ellipse of the satellite frame portion 21 obtained from the images 121 to 124 captured by the sub camera 12. Therefore, the same result can be continuously obtained by switching the processing of the sub camera 12 to the arc recognition processing that can be used even if the satellite frame portion 21 is partially missing from the imaging range.
Further, in the central main camera 11, there is a possibility that the entire part of the satellite frame portion 21 that is closer to the circular shape may still be captured. In that case, the main camera 11 takes over the ellipse recognition processing. Run with. As described above, by performing different recognition processes in parallel in the main camera 11 and the sub camera 12, it is possible to improve the reliability of the obtained recognition result.

【0042】上記相対距離が更に近く(例えば、約3000
mmよりも近く)なると、図10に示すように、メインカ
メラ11に捉えられる衛星フレーム部21も、その一部分が
撮像範囲から逸脱するようになる。この場合、メインカ
メラ11による撮像画像110から得られる衛星フレーム部2
1を楕円認識することが上記と同様に困難になってく
る。そこで、サブカメラ12のみの円弧認識処理に切り換
えることにより、同様の処理を継続して行なうことがで
きる。
The relative distance is even closer (for example, about 3000
10 mm, the satellite frame portion 21 captured by the main camera 11 also partly deviates from the imaging range as shown in FIG. In this case, the satellite frame unit 2 obtained from the image 110 captured by the main camera 11
It becomes difficult to recognize 1 as an ellipse as above. Therefore, the same processing can be continued by switching to the arc recognition processing of only the sub camera 12.

【0043】そこで、計算機10は、上記相対距離が第2
閾値(例えば、約3000mm)よりも近くなったか否かを判
断し(ステップS7)、上記相対距離が第2閾値よりも遠
い場合(ステップS7で"NO")には、メインカメラ11によ
る楕円認識処理ルーチンとサブカメラ12による円弧認識
処理ルーチンとの並列処理の実行を維持する。一方、上
記相対距離が第2閾値よりも近くなった場合(ステップ
S7で"YES")には、計算機10は、メインカメラ11による
楕円認識処理ルーチンとサブカメラ12による円弧認識処
理ルーチンとの並列処理から、サブカメラ12による円弧
認識処理ルーチンに移行し(ステップS8)、円弧として
認識した衛星フレーム部21が更に円に近づくように、且
つその円の中心軸にメインカメラ11の撮像光軸が一致す
るように推進器14を作動させる。
Therefore, the computer 10 determines that the relative distance is the second.
It is judged whether or not it is closer to a threshold value (for example, about 3000 mm) (step S7), and if the relative distance is longer than the second threshold value ("NO" in step S7), the main camera 11 recognizes an ellipse. The execution of parallel processing between the processing routine and the arc recognition processing routine by the sub camera 12 is maintained. On the other hand, when the relative distance is closer than the second threshold (step
To "YES" in S7), the computer 10 shifts from the parallel processing of the ellipse recognition processing routine by the main camera 11 and the arc recognition processing routine by the sub camera 12 to the arc recognition processing routine by the sub camera 12 (step S8). ), The propulsion device 14 is operated so that the satellite frame portion 21 recognized as an arc further approaches the circle and the optical axis of the main camera 11 coincides with the center axis of the circle.

【0044】上記相対距離が、例えば、約1000mmよりも
近くなると、図11に示すように、衛星フレーム部21
は、メインカメラ11で全く捉えられないようになる可能
性があり、サブカメラ12でも円弧認識が適切に実行でき
ない程度まで限りなく直線に近づく状況になってくる可
能性がある。
When the relative distance becomes smaller than, for example, about 1000 mm, as shown in FIG.
May not be captured by the main camera 11 at all, and the sub-camera 12 may approach a straight line to the extent that arc recognition cannot be performed properly.

【0045】そのため、計算機10は、上記相対距離が第
3閾値(例えば、約1000mm)よりも近くなったか否かを
判断し(ステップS9)、上記相対距離が第3閾値よりも
遠い場合(ステップS9で"NO")には、サブカメラ12によ
る円弧認識処理ルーチンの実行を維持する。一方、上記
相対距離が第3閾値よりも近くなった場合(ステップS9
で"YES")には、計算機10は、4つのレーザプロジェク
タ15をONにし(ステップS10)、サブカメラ12による円
弧認識処理ルーチンから、サブカメラ12による光切断計
測に移行し(ステップS11)、サブカメラ12の撮像範囲
の中心位置に、衛星フレーム部21の厚み方向の中央位置
を一致させるように推進器14を作動させる。なお、この
ときに、複数のサブカメラ12により、対応する衛星フレ
ーム部21の箇所の相対距離を光切断計測し、計測結果に
基づいて衛星フレーム部21の相対姿勢を特定し、姿勢制
御することも可能である。
Therefore, the computer 10 judges whether or not the relative distance has become shorter than a third threshold value (for example, about 1000 mm) (step S9), and when the relative distance is farther than the third threshold value (step S9). The execution of the arc recognition processing routine by the sub-camera 12 is maintained in "NO" in S9. On the other hand, when the relative distance is closer than the third threshold value (step S9
To "YES"), the computer 10 turns on the four laser projectors 15 (step S10), and shifts from the arc recognition processing routine by the sub camera 12 to the light section measurement by the sub camera 12 (step S11). The propulsion device 14 is operated so that the center position of the satellite frame portion 21 in the thickness direction coincides with the center position of the imaging range of the sub camera 12. At this time, the plurality of sub-cameras 12 optically cut the relative distances between the corresponding satellite frame portions 21, identify the relative attitude of the satellite frame portions 21 based on the measurement results, and control the attitude. Is also possible.

【0046】各レーザプロジェクタ15から照射されるレ
ーザスリット光150は、この時点で全体として略円形
(正確にはその一部)として捉えられる衛星フレーム部
21の法線方向に、該衛星フレーム部21を横切るように照
射され、本実施の形態にあっては、上記相対距離が約0m
mとなるときに、衛星フレーム部21の端面(「フランジ
面」と呼ばれる)に照射されるレーザスリット光150が
センターマークOに一致するように、各レーザプロジェ
クタ15の照射角度を設定してある。
The laser slit light 150 emitted from each laser projector 15 is regarded as a substantially circular shape (more precisely, a part thereof) at this point in the satellite frame portion.
Irradiation is performed in the normal direction of 21 so as to cross the satellite frame portion 21, and in the present embodiment, the relative distance is about 0 m.
The irradiation angle of each laser projector 15 is set so that the laser slit light 150 irradiated to the end surface (called “flange surface”) of the satellite frame portion 21 coincides with the center mark O when the m is reached. .

【0047】そして、計算機10は、上記相対距離が第4
閾値(例えば、約100mm)よりも近くなったか否かを判
断し(ステップS12)、上記相対距離が第4閾値よりも
遠い場合(ステップS12で"NO")には、サブカメラ12に
よる光切断計測の実行を維持する。一方、上記相対距離
が第4閾値よりも近くなった場合(ステップS12で"YE
S")には、計算機10は、4つの把持ハンド16を作動させ
(ステップS13)、衛星フレーム部21の把持対象部位を
把持し、ターゲット衛星2とのドッキングを完了する。
なお、上記第4閾値は、把持ハンド16の動作速度,サー
ビス衛星1の推進速度等を勘案して設定する。
The computer 10 determines that the relative distance is the fourth.
It is judged whether or not the distance is closer than a threshold value (for example, about 100 mm) (step S12), and when the relative distance is farther than the fourth threshold value ("NO" in step S12), the optical disconnection by the sub camera 12 is performed. Keep the measurement run. On the other hand, when the relative distance is closer than the fourth threshold value ("YE" in step S12).
In S "), the computer 10 operates the four gripping hands 16 (step S13), grips the gripping target portion of the satellite frame portion 21, and completes the docking with the target satellite 2.
The fourth threshold value is set in consideration of the operating speed of the gripping hand 16, the propulsion speed of the service satellite 1, and the like.

【0048】なお、上記相対距離が第4閾値となったと
きに、各サブカメラ12で捉えられる衛星フレーム部21の
厚み方向の中央位置をそれぞれのサブカメラ12の撮像範
囲の中心位置に一致させるためには、メインカメラ11を
中央として配置されているサブカメラ12のメインカメラ
11からの距離を、衛星フレーム部21の半径に一致させて
おく必要がある。従って、ランデブ・ドッキングに際し
て、ターゲット衛星2の衛星フレーム部21の寸法情報を
予め取得しておき、該寸法情報に基づいてサブカメラ11
の位置を設定しておくことも可能であり、また、ターゲ
ット衛星2にアプローチしながら、サブカメラ12の位置
を動的に変更することも可能である。
When the relative distance reaches the fourth threshold value, the center position in the thickness direction of the satellite frame portion 21 captured by each sub camera 12 is made to coincide with the center position of the imaging range of each sub camera 12. In order to do this, the main camera of the sub camera 12 is arranged with the main camera 11 as the center.
It is necessary to match the distance from 11 with the radius of the satellite frame portion 21. Therefore, at the time of rendezvous docking, the dimension information of the satellite frame portion 21 of the target satellite 2 is acquired in advance, and the sub camera 11 is based on the dimension information.
It is also possible to set the position of the sub-camera 12, and it is also possible to dynamically change the position of the sub-camera 12 while approaching the target satellite 2.

【0049】なお、上記フローチャートにおいては、計
測される上記相対距離に応じて認識処理を切り換えるも
のとして説明したが、これに限らず、例えば、メインカ
メラ11又はサブカメラ12で捉えられる衛星フレーム部21
の一部がそれぞれの撮像範囲から逸脱するのを認識し
て、これを切り換えのトリガとしてもよい。
In the above flowchart, the recognition processing is switched according to the measured relative distance, but the present invention is not limited to this. For example, the satellite frame unit 21 captured by the main camera 11 or the sub camera 12 is used.
It is also possible to recognize that a part of the image data deviates from the respective imaging ranges and use this as a switching trigger.

【0050】また、各閾値の値は単なる例示であり、こ
れらは各カメラの解像度,測距精度等を勘案して適宜に
設定すればよい。
The values of the respective thresholds are merely examples, and these may be set appropriately in consideration of the resolution of each camera, the distance measuring accuracy, and the like.

【0051】次に、楕円認識処理ルーチンについて図5
を参照しながら詳述する。楕円認識処理ルーチンでは、
まず、計算機10が、撮像画像としての濃淡画像からエッ
ジセグメントを抽出する(ステップS101)。
Next, the ellipse recognition processing routine is shown in FIG.
Will be described in detail with reference to. In the ellipse recognition processing routine,
First, the computer 10 extracts an edge segment from a grayscale image as a captured image (step S101).

【0052】計算機10は、例えば、各エッジセグメント
の位置と、各エッジセグメントにおける濃度勾配から求
められる各エッジセグメントの法線ベクトルとを演算
し、法線ベクトルの方向が180度異なる関係にあるエ
ッジセグメントの対を求めることによって、エッジセグ
メントの点対称性を判定する(ステップS102)。ここ
で、求められたエッジセグメント対の中点位置が楕円中
心位置の候補となる。
The computer 10 calculates, for example, the position of each edge segment and the normal vector of each edge segment obtained from the density gradient in each edge segment, and the edges of which the directions of the normal vector differ by 180 degrees The point symmetry of the edge segment is determined by finding the pair of segments (step S102). Here, the midpoint position of the obtained edge segment pair is a candidate for the ellipse center position.

【0053】次に、計算機10は、例えば、上記中点位置
である点対称中心位置を通過する軸を、その角度を変更
しながら、当該軸から等距離の位置に対向して存在する
エッジセグメントの対を求めることによって、エッジセ
グメントの線対称性を判定する(ステップS103)。ここ
で、線対称性があるエッジセグメント対の線対称軸によ
って、該当する楕円の楕円軸の撮像画面に対する傾きが
求められ、これによって楕円の姿勢が求められる。
Next, the computer 10 changes the angle of the axis passing through the point symmetry center position, which is the above-mentioned middle point position, and, for example, the edge segment existing facing the position equidistant from the axis. The line symmetry of the edge segment is determined by finding the pair of (step S103). Here, the inclination of the ellipse axis of the corresponding ellipse with respect to the imaging screen is obtained by the line symmetry axis of the edge segment pair having line symmetry, and thus the orientation of the ellipse is obtained.

【0054】続いて、計算機10は、点対称であり且つ線
対称であるエッジセグメント対を抽出し、該エッジセグ
メント対の点対称中心位置を楕円中心位置とし、また、
線対称軸を楕円軸の一方とし、例えば、ハフ変換を利用
して楕円軸長を求める(ステップS104)。
Subsequently, the computer 10 extracts an edge segment pair that is point-symmetrical and line-symmetrical, sets the point-symmetrical center position of the edge segment pair as the ellipse center position, and
The axis of line symmetry is set to one of the ellipse axes, and the ellipse axis length is obtained using, for example, Hough transform (step S104).

【0055】計算機10は、このようにして求めた楕円パ
ラメータを楕円方程式に当てはめて、各パラメータの妥
当性を判断し、例えば、最小二乗法を利用して誤差が十
分に小さくなるように当該パラメータの補正を行なう
(ステップS105)。
The computer 10 applies the elliptic parameters thus obtained to the elliptic equation to judge the validity of each parameter, and, for example, the least squares method is used so that the error is sufficiently small. Is corrected (step S105).

【0056】計算機10は、補正後の楕円パラメータから
特定される撮像画像中の楕円上の複数の箇所(例えば、
3箇所)の相対位置(これは、上記のステレオ計測等に
より計測される)を求める一方、該複数の相対位置か
ら、衛星フレーム部21の相対姿勢を演算する(ステップ
S106)。
The computer 10 uses a plurality of locations (for example,
Three relative positions (which are measured by the above-described stereo measurement, etc.) are obtained, and the relative attitude of the satellite frame unit 21 is calculated from the plurality of relative positions (step).
S106).

【0057】具体的には、図7〜図10に示すように、
撮像画像中の楕円(即ち、衛星フレーム部21)と、該衛
星フレーム部21(例えば、その中心位置)を通過する水
平及び垂直の軸(ステレオ計測線)111,112を考慮し、
衛星フレーム部21とステレオ計測線111,112との交点を
それぞれ求め、共通の符号A〜Dを割り振る。
Specifically, as shown in FIGS. 7 to 10,
Considering the ellipse (that is, the satellite frame portion 21) in the captured image and the horizontal and vertical axes (stereo measurement lines) 111 and 112 that pass through the satellite frame portion 21 (for example, its center position),
The intersections between the satellite frame portion 21 and the stereo measurement lines 111 and 112 are obtained, and common symbols A to D are assigned.

【0058】ここで、衛星フレーム部21の端面を平面と
みなせば、その平面は、次式で表わすことができる。
Here, if the end surface of the satellite frame portion 21 is regarded as a plane, then that plane can be expressed by the following equation.

【0059】ax + by + cz + d = 0 …(1) なお、このときの計測点を(xi,yi,zi)とする。但
し、i = A,B,C,Dであり、上記平面上の各点A,B,
C,Dは、ステレオ計測等により得ることができる。
Ax + by + cz + d = 0 (1) The measurement point at this time is (xi, yi, zi). However, i = A, B, C, D, and points A, B, and
C and D can be obtained by stereo measurement or the like.

【0060】ステレオ計測等により得られた各点A,B,
C,Dの位置に基づいて、次の最小二乗法にかかる連立方
程式を解くことにより、上記平面の方程式が確定され、
従って衛星フレーム部21の相対姿勢が得られる。
Each point A, B, obtained by stereo measurement, etc.
Based on the positions of C and D, the equation of the above plane is determined by solving the simultaneous equations according to the following least squares method,
Therefore, the relative attitude of the satellite frame unit 21 can be obtained.

【0061】[0061]

【数1】 [Equation 1]

【0062】衛星フレーム部21の相対距離は、上記把持
対象部位と一致し得る点A,B,C,Dの位置として算出し
てもよいし、また、得られた相対姿勢を勘案した衛星フ
レーム部21の中心位置として算出してもよい。
The relative distance of the satellite frame portion 21 may be calculated as the positions of points A, B, C and D that may coincide with the grasped part, or the satellite frame in consideration of the obtained relative attitude. It may be calculated as the center position of the section 21.

【0063】なお、上記楕円認識処理ルーチンにおいて
は、求めた楕円パラメータにかかる楕円上に存在する該
当画素(又はエッジセグメント)の相対距離をステレオ
計測によって求める構成としてあるが、楕円認識では該
当楕円の相対姿勢を概ね求めることができるので、相対
位置のみを、ステレオ計測,光切断計測等の各種測距手
法を利用して独立して求める構成とすることも可能であ
る。
In the ellipse recognition processing routine, the relative distance of the corresponding pixel (or edge segment) existing on the ellipse according to the obtained ellipse parameter is obtained by stereo measurement. Since the relative posture can be roughly obtained, only the relative position can be independently obtained by using various distance measuring methods such as stereo measurement and optical cutting measurement.

【0064】次に、円弧認識処理ルーチンについて図6
を参照しながら詳述する。円弧認識処理ルーチンでは、
まず、計算機10が、楕円認識処理ルーチンと同様に、撮
像画像としての濃淡画像からエッジセグメントを抽出す
る(ステップS201)。
Next, the arc recognition processing routine will be described with reference to FIG.
Will be described in detail with reference to. In the arc recognition processing routine,
First, the computer 10 extracts an edge segment from a grayscale image as a captured image, similarly to the ellipse recognition processing routine (step S201).

【0065】計算機10は、相対距離を或る適当な値に設
定し、抽出した各エッジセグメントにおける濃度勾配か
ら求められる各エッジセグメントの法線ベクトルを演算
し、複数のエッジセグメントの法線ベクトルの交点位
置、即ち円弧中心位置と、円弧半径とを演算する(ステ
ップS202)。上記相対距離は、ステレオ計測,光切断計
測等の各種測距手法を利用して測定しておくことによ
り、演算時間を短縮し、認識精度を高めることが可能で
ある。
The computer 10 sets the relative distance to a certain appropriate value, calculates the normal vector of each edge segment obtained from the density gradient in each extracted edge segment, and calculates the normal vector of the plurality of edge segments. The intersection point position, that is, the arc center position and the arc radius are calculated (step S202). It is possible to shorten the calculation time and improve the recognition accuracy by measuring the relative distance by using various distance measuring methods such as stereo measurement and light cutting measurement.

【0066】制御部10は、演算した円弧中心位置座標群
の出現頻度を演算し(ステップS203)、該出現頻度が所
定の閾値を超える場合に、対応する円弧中心位置及び円
弧半径を候補とし、このパラメータを円の方程式に当て
はめて、各パラメータの妥当性を判断し、例えば、最小
二乗法を利用して誤差が十分に小さくなるように当該パ
ラメータの補正を行なう(ステップS204)。
The control unit 10 calculates the appearance frequency of the calculated arc center position coordinate group (step S203), and when the appearance frequency exceeds a predetermined threshold, sets the corresponding arc center position and arc radius as candidates, By applying this parameter to the circle equation, the validity of each parameter is determined, and for example, the least square method is used to correct the parameter so that the error becomes sufficiently small (step S204).

【0067】計算機10は、補正後の円弧パラメータから
特定される各撮像画像中の円弧の位置と、予め取得可能
な実際の衛星フレーム部21の幅寸法(筒状部の厚み)と
に基づいて、衛星フレーム部21の相対位置を演算する一
方、楕円認識処理ルーチンのステップS106と同様に、
上記のステレオ計測等により計測される上記円弧上の複
数の箇所(例えば、3箇所)の相対位置から、衛星フレ
ーム部21の相対姿勢を演算する(ステップS205)。
The computer 10 is based on the position of the arc in each captured image specified from the corrected arc parameter and the actual width dimension (thickness of the tubular portion) of the satellite frame portion 21 that can be acquired in advance. , The relative position of the satellite frame portion 21 is calculated, while at the same time as step S106 of the ellipse recognition processing routine,
The relative attitude of the satellite frame unit 21 is calculated from the relative positions of a plurality of points (for example, three points) on the arc measured by the above-mentioned stereo measurement or the like (step S205).

【0068】このように、上記楕円及び円弧認識処理ル
ーチンの双方で衛星フレーム部21の相対位置及び相対姿
勢を得ることが可能であるが、円弧認識処理ルーチンを
単独で使用する場合には、サービス衛星1のドッキング
側が衛星フレーム部21に正対している状態で使用し、相
対位置のみを求めるようにしてもよい。
As described above, it is possible to obtain the relative position and relative attitude of the satellite frame portion 21 by both the ellipse and arc recognition processing routines. However, when the arc recognition processing routine is used alone, the service is The satellite 1 may be used in a state where the docking side of the satellite 1 faces the satellite frame portion 21, and only the relative position may be obtained.

【0069】つまり、本実施の形態においては、図12
に示すように、約6000mまでは、楕円認識処理ルーチン
を実行し、約6000mm〜約3000mmの間は、楕円及び円弧認
識処理ルーチンを並列に実行し、約3000mm〜約1000mmの
間は、この時点ではサービス衛星1のドッキング側が衛
星フレーム部21に略正対していると考えられるので、円
弧認識処理ルーチンのみを実行する。そして、約1000mm
〜約0mmの間は、光切断計測により制御する。
That is, in the present embodiment, FIG.
As shown in, the ellipse recognition processing routine is executed up to about 6000 m, the ellipse and arc recognition processing routine is executed in parallel between about 6000 mm and about 3000 mm, and at this point between about 3000 mm and about 1000 mm. Since it is considered that the docking side of the service satellite 1 faces the satellite frame portion 21 substantially, only the arc recognition processing routine is executed. And about 1000mm
From ~ 0 mm, control is performed by light section measurement.

【0070】次に、本実施の形態に係るランデブ・ドッ
キング用画像航法装置を利用したサービス衛星1の航法
実験結果について説明する。本実験では、撮像画面中に
現れるターゲット衛星2を、コンピュータ上で3DのCG(C
omputer Graphics)モデルとして具現化し、このターゲ
ット衛星2を上記アルゴリズムを利用してランデブ・ド
ッキングを試みた。
Next, a navigation experiment result of the service satellite 1 using the rendezvous docking image navigation apparatus according to the present embodiment will be described. In this experiment, the target satellite 2 appearing in the imaged screen is displayed on the computer as a 3D CG (C
omputer Graphics) model, this target satellite 2 was attempted rendezvous docking using the above algorithm.

【0071】実験の条件としては、図13に示すよう
に、X-Y-Z座標を設定し、その原点に、メインカメラ11
がその撮像光軸をY軸方向に向けるように配置した。メ
インカメラ11及びサブカメラ12の各々は、視野角を水平
及び垂直方向にそれぞれ60°に設定されている。照明と
しては、物理的には不可能であるが実験を簡略化するた
めに、メインカメラ11と同一位置に点光源を配し、太陽
光のない夜側の軌道上を想定した。また、メインカメラ
11と各サブカメラ12との間の距離は、450mmとした。
As conditions for the experiment, as shown in FIG. 13, XYZ coordinates are set, and the main camera 11 is set at the origin.
Was arranged so that its imaging optical axis was oriented in the Y-axis direction. Each of the main camera 11 and the sub camera 12 has a viewing angle set to 60 ° in the horizontal and vertical directions. As lighting, a point light source was placed at the same position as the main camera 11 in order to simplify the experiment, although it was physically impossible, and it was assumed that it was on a nightside orbit without sunlight. Also the main camera
The distance between 11 and each sub-camera 12 was 450 mm.

【0072】ターゲット衛星2は、基本的にはY軸方向に
相対距離Dだけ離隔して存在し、その本体2aにはMLIを模
したテクスチャが貼り付けられている。また、実際に
は、メインカメラ11及びサブカメラ12を装備したサービ
ス衛星1側が移動するのであるが、本実験では、ターゲ
ット衛星2の位置(x,y,z)及び姿勢(Rx,Ry)をそれ
ぞれ変化させ、その測定誤差を調べた。
The target satellites 2 are basically separated from each other by a relative distance D in the Y-axis direction, and a texture imitating MLI is attached to the main body 2a. Further, in reality, the service satellite 1 side equipped with the main camera 11 and the sub camera 12 moves, but in this experiment, the position (x, y, z) and attitude (Rx, Ry) of the target satellite 2 are changed. Each was changed and the measurement error was investigated.

【0073】図14は、ターゲット衛星2までの実際の
距離(相対距離:mm)に対する測定誤差(%)を示す実
験結果であり、図15は、ターゲット衛星2のX軸回りの
回転角度(deg)に対する当該ターゲット衛星2の計測値
(deg)を示す実験結果である。
FIG. 14 is an experimental result showing a measurement error (%) with respect to an actual distance (relative distance: mm) to the target satellite 2, and FIG. 15 is a rotation angle (deg) about the X axis of the target satellite 2. ) Is an experimental result showing the measured value (deg) of the target satellite 2 for

【0074】本実施の形態に係るステレオ計測により相
対距離は、約2300mm〜約2400mmにおいて一部認識不良が
あったが、約7500mmで処理を開始してから略正確に計測
されている。これに対して、相対姿勢は、ターゲット衛
星2のX軸回りの姿勢(即ち、回転角度Rx)が21°付近で
あったときに、若干の誤差が認められたものの、全体と
しては良好な結果が得られた。
According to the stereo measurement according to the present embodiment, there was some recognition failure in the relative distance of about 2300 mm to about 2400 mm, but it was measured almost accurately after the processing was started at about 7500 mm. On the other hand, in the relative attitude, when the attitude around the X axis of the target satellite 2 (that is, the rotation angle Rx) was around 21 °, a slight error was recognized, but the overall good result was obtained. was gotten.

【0075】[0075]

【発明の効果】本願発明に係るランデブ・ドッキング用
画像航法及び航法装置によれば、ターゲット衛星の例え
ば衛星フレーム部のような環状の衛星共通構造であっ
て、しかもドッキング対象部位に相当する箇所を目標と
してアプローチするようにサービス衛星を移動させるこ
とにより、過去に打ち上げられた非協力ターゲット衛星
に対してもランデブ・ドッキング時の航法を有効に行な
うことができる。
According to the image navigation and navigation device for rendezvous and docking according to the present invention, a portion of the target satellite having a ring-shaped satellite common structure such as a satellite frame portion and corresponding to a docking target portion is provided. By moving the service satellite to approach as a target, it is possible to effectively perform rendezvous docking navigation even for non-cooperative target satellites launched in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本願発明の実施の形態に係る宇宙機たるサー
ビス衛星がランデブ・ドッキング対象とするターゲット
衛星の外観構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a target satellite that is a rendezvous docking target of a service satellite that is a spacecraft according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本願発明の実施の形態に係るサービス衛星の
外観構成を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an external configuration of a service satellite according to an embodiment of the present invention.

【図3】 図1に示したサービス衛星の制御系の構成を
示すブロック図である。
3 is a block diagram showing a configuration of a control system of the service satellite shown in FIG.

【図4】 図1に示したサービス衛星の本実施の形態に
係る航法制御のメインルーチンを示すフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart showing a main routine of navigation control according to the present embodiment of the service satellite shown in FIG.

【図5】 図4に示した楕円認識処理ルーチンを示すフ
ローチャートである。
5 is a flowchart showing an ellipse recognition processing routine shown in FIG.

【図6】 図4に示した円弧認識処理ルーチンを示すフ
ローチャートである。
6 is a flowchart showing an arc recognition processing routine shown in FIG.

【図7】 本願発明の実施の形態に係るサービス衛星の
各カメラによって撮像される画像の一例を示す模式図で
ある。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an image captured by each camera of the service satellite according to the embodiment of the present invention.

【図8】 本願発明の実施の形態に係るサービス衛星の
各カメラによって撮像される画像の一例を示す模式図で
ある。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an image captured by each camera of the service satellite according to the embodiment of the present invention.

【図9】 本願発明の実施の形態に係るサービス衛星の
各カメラによって撮像される画像の一例を示す模式図で
ある。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of an image captured by each camera of the service satellite according to the embodiment of the present invention.

【図10】 本願発明の実施の形態に係るサービス衛星
の各カメラによって撮像される画像の一例を示す模式図
である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of an image captured by each camera of the service satellite according to the embodiment of the present invention.

【図11】 本願発明の実施の形態に係るサービス衛星
の各カメラによって撮像される画像の一例を示す模式図
である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of an image captured by each camera of the service satellite according to the embodiment of the present invention.

【図12】 図4に示した航法制御におけるメインカメ
ラ及びサブカメラの相対距離に応じた処理内容の切り換
えを説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining switching of processing content according to the relative distance between the main camera and the sub camera in the navigation control shown in FIG.

【図13】 本願発明の実施の形態に係る航法制御の実
験条件を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining experimental conditions for navigation control according to the embodiment of the present invention.

【図14】 本願発明の実施の形態に係る航法制御の実
験結果を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing an experimental result of navigation control according to the embodiment of the present invention.

【図15】 本願発明の実施の形態に係る航法制御の実
験結果を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing an experimental result of navigation control according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サービス衛星 2 ターゲット衛星 10 計算機 11 メインカメラ 12 サブカメラ 13 照明 14 推進器 15 レーザプロジェクタ 16 把持ハンド 21 衛星フレーム部 121〜124 撮像画像 O センターマーク 1 Service satellite 2 Target satellite 10 calculator 11 Main camera 12 sub camera 13 lighting 14 Propulsor 15 laser projector 16 gripping hand 21 Satellite frame section 121-124 captured images O center mark

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 功 茨城県つくば市千現2丁目1番1号 宇宙 開発事業団 筑波宇宙センター内 (72)発明者 石島 義之 茨城県つくば市千現2丁目1番1号 宇宙 開発事業団 筑波宇宙センター内 (72)発明者 横尾 篤志 千葉県野田市二つ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 榎本 雅幸 千葉県野田市二つ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 金丸 孝夫 千葉県野田市二つ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 久保田 伸幸 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 Fターム(参考) 5L096 AA03 CA05 EA27 FA04 FA06 FA10 FA24 FA62 FA64 FA66 FA67 FA69 GA32 GA51    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Isao Kono             2-1-1 Sengen Space, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Development Agency Tsukuba Space Center (72) Inventor Yoshiyuki Ishijima             2-1-1 Sengen Space, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Development Agency Tsukuba Space Center (72) Inventor Atsushi Yokoo             118 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries             Noda Factory Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Enomoto             118 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries             Noda Factory Co., Ltd. (72) Inventor Takao Kanamaru             118 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries             Noda Factory Co., Ltd. (72) Inventor Nobuyuki Kubota             Kawasaki Town, Kakamigahara City, Gifu Prefecture Kawasaki Heavy Industries             Gifu Factory Co., Ltd. F-term (reference) 5L096 AA03 CA05 EA27 FA04 FA06                       FA10 FA24 FA62 FA64 FA66                       FA67 FA69 GA32 GA51

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 宇宙機を人工衛星とランデブ・ドッキン
グさせるべく、前記人工衛星のドッキング対象部位に前
記宇宙機を移動させるランデブ・ドッキング用画像航法
において、 前記宇宙機により、前記人工衛星をその環状フレーム構
造を含めて撮像する第1ステップと、 前記宇宙機と前記人工衛星との間の相対距離を計測する
第2ステップと、 計測した相対距離に基づいて、前記宇宙機に対する前記
環状フレーム構造の相対位置を演算する第3ステップ
と、 撮像画像中の前記環状フレーム構造を楕円及び円弧の少
なくとも一方として認識することによって、前記宇宙機
に対する前記環状フレーム構造の相対姿勢を演算する第
4ステップとを有することを特徴とするランデブ・ドッ
キング用画像航法。
1. An image navigation for rendezvous docking, in which the spacecraft is moved to a docking target part of the artificial satellite in order to rendezvously dock the spacecraft with the satellite. A first step of capturing an image including a frame structure; a second step of measuring a relative distance between the spacecraft and the artificial satellite; and a second step of measuring the relative distance between the spacecraft and the artificial satellite, based on the measured relative distance. A third step of calculating a relative position, and a fourth step of calculating a relative attitude of the annular frame structure with respect to the spacecraft by recognizing the annular frame structure in the captured image as at least one of an ellipse and an arc. Image navigation for rendezvous docking characterized by having.
【請求項2】 前記相対距離及び前記相対姿勢は、認識
した前記環状フレーム構造の複数箇所の、前記宇宙機に
対する相対距離に基づいて演算されることを特徴とする
請求項1記載のランデブ・ドッキング用画像航法。
2. The rendezvous docking according to claim 1, wherein the relative distance and the relative attitude are calculated based on the relative distances of the recognized multiple points of the annular frame structure to the spacecraft. Image navigation.
【請求項3】 前記相対距離は、前記環状フレーム構造
を含めて撮像する複数の撮像器によりステレオ撮像され
ることを特徴とする請求項1又は2記載のランデブ・ド
ッキング用画像航法。
3. The image navigation for rendezvous docking according to claim 1 or 2, wherein the relative distance is stereo-imaged by a plurality of image pickup devices including the annular frame structure.
【請求項4】 前記相対距離は、前記環状フレーム構造
を横断するようにスリット光を照射し、照射スリット光
と共に撮像された前記環状フレーム構造の画像に基づい
て光切断計測されることを特徴とする請求項1乃至3の
何れかに記載のランデブ・ドッキング用画像航法。
4. The relative distance is measured by irradiating slit light so as to traverse the annular frame structure, and performing light section measurement based on an image of the annular frame structure taken together with the irradiation slit light. The image navigation for rendezvous docking according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 前記第4ステップは、複数の撮像器によ
る撮像画像中の前記環状フレーム構造を楕円認識及び円
弧認識の両方で並列処理することを特徴とする請求項1
乃至4の何れかに記載のランデブ・ドッキング用画像航
法。
5. The fourth step is characterized in that the annular frame structure in images picked up by a plurality of image pickup devices is processed in parallel by both ellipse recognition and arc recognition.
5. The image navigation for rendezvous docking according to any one of 4 to 4.
【請求項6】 前記第4ステップは、 撮像画像中の前記環状フレーム構造をエッジセグメント
として抽出するステップと、 抽出したエッジセグメントの中から法線ベクトルが互い
に約180度異なる対を選択し、選択したエッジセグメ
ント対の中点を投票空間に投票し、得票が高い中点を点
対称中心とするステップと、 前記点対称中心を通過する仮想線を該点対象中心回りに
角度を変えつつ、前記仮想線に対する線対称性が高いエ
ッジセグメント対を選択するステップと、 点対称且つ線対称であるエッジセグメント対の点対称中
心を楕円中心とする一方、該楕円中心を有し、前記エッ
ジセグメントを通過する楕円のパラメータを演算するス
テップと、 演算したパラメータに基づく楕円上に存在するエッジセ
グメントから、該パラメータの妥当性を判断するステッ
プと、 妥当性が高いパラメータに応じた楕円に基づいて、前記
環状フレーム構造の相対姿勢を演算するステップとを有
することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の
ランデブ・ドッキング用画像航法。
6. The fourth step comprises: extracting the annular frame structure in a captured image as an edge segment; and selecting a pair from the extracted edge segments whose normal vectors differ from each other by about 180 degrees, and selecting the pair. A step of voting the midpoint of the pair of edge segments in the voting space, and setting the midpoint with a high vote as the point symmetry center; and changing the angle of the virtual line passing through the point symmetry center around the point target center, Selecting an edge segment pair having high line symmetry with respect to an imaginary line, and setting the point symmetry center of the point segment pair that is point symmetric and line symmetric as the ellipse center The parameter of the ellipse to be calculated and the edge segment existing on the ellipse based on the calculated parameter. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a step of determining a sex, and a step of calculating a relative posture of the annular frame structure based on an ellipse corresponding to a highly valid parameter. Image navigation for rendezvous docking.
【請求項7】 宇宙機を人工衛星とランデブ・ドッキン
グさせるべく、前記人工衛星のドッキング対象部位に前
記宇宙機を移動させるランデブ・ドッキング用画像航法
装置において、 前記宇宙機に設けられ、前記人工衛星をその環状フレー
ム構造を含めて撮像する第1撮像器と、 前記宇宙機と前記人工衛星との間の相対距離に基づい
て、前記宇宙機に対する前記環状フレーム構造の相対位
置を演算し、前記第1撮像器による撮像画像中の前記環
状フレーム構造を楕円及び円弧の少なくとも一方として
認識することによって、前記宇宙機に対する前記環状フ
レーム構造の相対姿勢を演算する計算機とを備えること
を特徴とするランデブ・ドッキング用画像航法装置。
7. An image navigation device for rendezvous docking for moving a spacecraft to a docking target part of the artificial satellite for rendezvous docking with the artificial satellite, wherein the artificial satellite is provided in the spacecraft. A first imager for capturing an image of the ring frame structure including the ring frame structure, and calculating a relative position of the ring frame structure with respect to the spacecraft based on a relative distance between the spacecraft and the artificial satellite. A rendezvous comprising: a computer that calculates the relative attitude of the annular frame structure with respect to the spacecraft by recognizing the annular frame structure in an image captured by one imager as at least one of an ellipse and an arc. Image navigation system for docking.
【請求項8】 前記相対距離及び前記相対姿勢は、認識
した前記環状フレーム構造の複数箇所の、前記宇宙機に
対する相対距離に基づいて演算されることを特徴とする
請求項7記載のランデブ・ドッキング用画像航法装置。
8. The rendezvous docking according to claim 7, wherein the relative distance and the relative attitude are calculated based on the relative distances of the recognized multiple points of the annular frame structure to the spacecraft. Image navigation device for mobile.
【請求項9】 前記相対距離は、前記宇宙機に設けら
れ、前記環状フレーム構造を含めて撮像する一又は複数
の第2撮像器により測定されるべくなしてあることを特
徴とする請求項7又は8記載のランデブ・ドッキング用
画像航法装置。
9. The relative distance is adapted to be measured by one or a plurality of second image pickup devices which are provided in the spacecraft and pick up images including the annular frame structure. Or the image navigation device for rendezvous docking according to 8.
【請求項10】 前記相対距離は、前記第1撮像器及び
少なくとも1つの前記第2撮像器、又は複数の前記第2
撮像器によりステレオ計測されるべくなしてあることを
特徴とする請求項9記載のランデブ・ドッキング用画像
航法装置。
10. The relative distance is determined by the first imager and at least one second imager, or a plurality of the second imagers.
10. The image navigation device for rendezvous and docking according to claim 9, wherein the image pickup device is adapted for stereo measurement.
【請求項11】 前記第2撮像器を4つ備え、該第2撮
像器は、前記第1撮像器の設置位置を交点とする直交軸
上に2つずつ等間隔で配置されていることを特徴とする
請求項9又は10記載のランデブ・ドッキング用画像航
法装置。
11. The apparatus according to claim 1, wherein four second image pickup devices are provided, and two second image pickup devices are arranged at equal intervals on an orthogonal axis whose intersection is the installation position of the first image pickup device. The image navigation device for rendezvous docking according to claim 9 or 10.
【請求項12】 前記相対距離は、前記宇宙機に設けら
れたスリット光照射手段により、前記環状フレーム構造
を横断するようにスリット光を照射し、照射スリット光
と共に撮像された前記環状フレーム構造の画像に基づい
て光切断計測されるべくなしてあることを特徴とする請
求項7記載のランデブ・ドッキング用画像航法装置。
12. The slit light irradiating unit provided in the spacecraft irradiates the slit light so that the relative distance crosses the annular frame structure, and the relative distance of the annular frame structure is imaged together with the irradiation slit light. The image navigation device for rendezvous and docking according to claim 7, wherein the light section measurement is performed based on the image.
【請求項13】 前記計算機は、複数の撮像器による撮
像画像中の前記環状フレーム構造を楕円認識及び円弧認
識の両方で並列処理すべくなしてあることを特徴とする
請求項7乃至12の何れかに記載のランデブ・ドッキン
グ用画像航法装置。
13. The computer according to claim 7, wherein the computer is configured to perform parallel processing on the annular frame structure in images picked up by a plurality of image pickup devices by both ellipse recognition and arc recognition. The image navigation device for rendezvous docking described in.
【請求項14】 前記計算機は、 前記第1撮像器による撮像画像中の前記環状フレーム構
造をエッジセグメントとして抽出する手段と、 抽出したエッジセグメントの中から法線ベクトルが互い
に約180度異なる対を選択し、選択したエッジセグメ
ント対の中点を投票空間に投票し、得票が高い中点を点
対象中心とする手段と、 前記点対称中心を通過する仮想線を該点対称中心回りに
角度を変えつつ、前記仮想線に対する線対称性が高いエ
ッジセグメント対を選択する手段と、 点対称且つ線対称であるエッジセグメント対の点対称中
心を楕円中心とする一方、該楕円中心を有し、前記エッ
ジセグメントを通過する楕円のパラメータを演算する手
段と、 演算したパラメータに基づく楕円上に存在するエッジセ
グメントから、該パラメータの妥当性を判断する手段と
を備えることを特徴とする請求項7乃至13の何れかに
記載のランデブ・ドッキング用画像航法装置。
14. The computer comprises means for extracting the annular frame structure in an image captured by the first imager as an edge segment, and a pair of normal vectors of the extracted edge segments that differ from each other by about 180 degrees. A means for selecting the midpoint of the selected edge segment pair in the voting space, and setting the midpoint with a high vote as the point object center, and an imaginary line passing through the point symmetry center with an angle around the point symmetry center. While changing, the means for selecting an edge segment pair having high line symmetry with respect to the virtual line, and the point symmetry center of the edge segment pair that is point symmetric and line symmetric is the ellipse center, while having the ellipse center The means for calculating the parameter of the ellipse passing through the edge segment and the edge segment existing on the ellipse based on the calculated parameter are used to find the compromise of the parameter. Rendezvous Docking image navigation apparatus according to any one of claims 7 to 13, characterized in that it comprises a means for determining the sex.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101839721A (en) * 2010-03-12 2010-09-22 西安电子科技大学 Visual navigation method in autonomous rendezvous and docking
CN102501988A (en) * 2011-09-26 2012-06-20 北京航空航天大学 Telescopic space boom mechanism for supporting detection load
CN103606332A (en) * 2013-10-30 2014-02-26 哈尔滨工业大学 Spacecraft rendezvous and docking multi-degree-of-freedom semi-physical simulation method and device thereof
CN103950555A (en) * 2014-04-22 2014-07-30 北京控制工程研究所 High-precision keeping and control method for relative positions with ultra-close distance
CN104061926A (en) * 2014-06-24 2014-09-24 北京控制工程研究所 Auxiliary adjusting method for relative navigation sensor state based on in-orbit data
CN104477417A (en) * 2014-09-19 2015-04-01 航天东方红卫星有限公司 Satellite-to-satellite on-orbit docking and locking device
CN104656666A (en) * 2015-03-11 2015-05-27 哈尔滨工业大学 Relative orbit design and high-precision posture pointing control method aiming at space non-cooperative target
JP6313507B1 (en) * 2017-05-19 2018-04-18 株式会社アストロスケール Navigation system, spacecraft and optical marker
KR20200008409A (en) * 2018-07-16 2020-01-28 한국전자통신연구원 A method and apparatus for detecting unmanned aerial vehicle using stereo camera and additional camera
CN113788165B (en) * 2021-08-24 2023-11-14 上海卫星工程研究所 Mars detector on-orbit overall view display method

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104101331B (en) * 2014-07-24 2016-03-09 合肥工业大学 Based on the noncooperative target pose measurement of all-optical field camera
CN104326093B (en) * 2014-11-26 2016-08-17 哈尔滨工业大学 Optical imagery small satellite attitude control system and mode of operation changing method in-orbit
CN108287476B (en) * 2018-02-06 2019-02-26 哈尔滨工业大学 Based on the space of the high_order sliding mode control and disturbance observer rolling autonomous rendezvous method of guidance of noncooperative target

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101839721A (en) * 2010-03-12 2010-09-22 西安电子科技大学 Visual navigation method in autonomous rendezvous and docking
CN102501988A (en) * 2011-09-26 2012-06-20 北京航空航天大学 Telescopic space boom mechanism for supporting detection load
CN103606332A (en) * 2013-10-30 2014-02-26 哈尔滨工业大学 Spacecraft rendezvous and docking multi-degree-of-freedom semi-physical simulation method and device thereof
CN103950555A (en) * 2014-04-22 2014-07-30 北京控制工程研究所 High-precision keeping and control method for relative positions with ultra-close distance
CN104061926A (en) * 2014-06-24 2014-09-24 北京控制工程研究所 Auxiliary adjusting method for relative navigation sensor state based on in-orbit data
CN104477417A (en) * 2014-09-19 2015-04-01 航天东方红卫星有限公司 Satellite-to-satellite on-orbit docking and locking device
CN104656666A (en) * 2015-03-11 2015-05-27 哈尔滨工业大学 Relative orbit design and high-precision posture pointing control method aiming at space non-cooperative target
JP6313507B1 (en) * 2017-05-19 2018-04-18 株式会社アストロスケール Navigation system, spacecraft and optical marker
JP2018192998A (en) * 2017-05-19 2018-12-06 株式会社アストロスケール Navigation system, space flight body, and optical marker
KR20200008409A (en) * 2018-07-16 2020-01-28 한국전자통신연구원 A method and apparatus for detecting unmanned aerial vehicle using stereo camera and additional camera
KR102526857B1 (en) * 2018-07-16 2023-04-28 한국전자통신연구원 A method and apparatus for detecting unmanned aerial vehicle using stereo camera and additional camera
CN113788165B (en) * 2021-08-24 2023-11-14 上海卫星工程研究所 Mars detector on-orbit overall view display method

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