采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)及方法，在地面上通過引入Kinect傳感器，來模擬航天器間的捕捉、對準(zhǔn)、對接的空間交會對接過程，給航天工程研制過程中相關(guān)交會算法提供驗證平臺，同時亦可用于交會對接過程的演示。該方法采用Kinect提供的圖像信息及景深信息，來計算航天器間的相對位置及相對姿態(tài)，可以降低交會對接算法開發(fā)的資源消耗，而Kinect提供的開發(fā)接口可以提高交會對接方案研制的效率。
【專利說明】采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器交會【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天科技的發(fā)展，航天任務(wù)變得越來越復(fù)雜，不論從空間站的對接到編隊衛(wèi)星的交會都會涉及到航天器的交會對接技術(shù)，而航天產(chǎn)品具有成本高、維護困難等特點，因此在地面上進(jìn)行充分驗證對于在軌任務(wù)的成功實施有很重要意義。
[0003]Kinect是美國微軟公司用于Xbox360游戲機的一個體感傳感器，同時它也可用于PC機上進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，Kinect具備攝像頭及紅外距離傳感器，可以方便且高效地提供機器視覺所需的傳感數(shù)據(jù)。
[0004]為了驗證航天器交會對接方案及算法，需要一個測試平臺，而通常搭建這樣一個平臺，需要從傳感器等硬件環(huán)境著手，比較費時且耗費資源，而Kinect正好提供了圖像傳感器及距離傳感器，同時又有豐富的開發(fā)資源，可以大大簡化測試平臺的搭建，使驗證實驗的精力集中在交會對接算法上，提高研發(fā)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的 問題是提供一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)及方法，該方法使用的測試平臺簡單易建，同時又有豐富的開發(fā)資源，使驗證實驗的精力集中在交會對接算法上，提高研發(fā)效率。
[0006]本發(fā)明公開的一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)其特征在于:包括Kinect傳感器、目標(biāo)航天器模型、機動航天器模型以及計算機:目標(biāo)航天器模型與Kinect傳感器固連，Kinect傳感器連接到計算機,機動航天器模型通過升縮連桿連接在小車上，小車與嵌入式計算機系統(tǒng)連接，嵌入式計算機系統(tǒng)也與計算機相連接；該系統(tǒng)還包括
獨旦攤
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述嵌入式計算機系統(tǒng)與計算機通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)相連接。
[0008]作為上述技術(shù)方案的再進(jìn)一步改進(jìn)，所述嵌入式計算機系統(tǒng)為單片機系統(tǒng)。
[0009]作為上述技術(shù)方案的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述升縮連桿為程控升縮連桿。
[0010]利用權(quán)利要求3所述的采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)進(jìn)行的演示驗證方法，包括以下步驟:
[0011]DKinect傳感器初始化，建立背景環(huán)境信息:利用Kinect傳感器的開發(fā)組件，建立軟件開發(fā)環(huán)境；測得Kinect傳感器與背景墻間的距離為dG，Kinect傳感器獲取的景深矩
陣其取值范圍為0~255，景深與真實距離的比例
【權(quán)利要求】
1.一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)其特征在于:包括Kinect傳感器(I)、目標(biāo)航天器模型(2 )、機動航天器模型(3 )以及計算機(5 ):目標(biāo)航天器模型(2 )與Kinect傳感器(I)固連,Kinect傳感器(I)連接到計算機(5),機動航天器模型(3)通過升縮連桿連接在小車(4)上，小車(4)與嵌入式計算機系統(tǒng)連接，嵌入式計算機系統(tǒng)也與計算機(5)相連接；該系統(tǒng)還包括背景墻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式計算機系統(tǒng)與計算機(5)通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式計算機系統(tǒng)為單片機系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)，其特征在于:所述升縮連桿為程控升縮連桿。
5.利用權(quán)利要求1或4所述的采用Kinect的航天器交會對接地面演示驗證系統(tǒng)進(jìn)行的演示驗證方法，其特征在于:包括以下步驟: DKinect傳感器(I)初始化，建立背景環(huán)境信息:利用Kinect傳感器(I)的開發(fā)組件，建立軟件開發(fā)環(huán)境；測得Kinect傳感器(I)與背景墻間的距離為dG，Kinect傳感器(I)獲取的景深矩陣其取值范圍為O~255，景深與真實距離的比例
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的演示驗證方法，其特征在于:所述計算機動航天器模型(3)相對于目標(biāo)航天器模型(2)的相對距離及姿態(tài)過程如下:在機動航天器模型(3)上設(shè)置三個靶標(biāo)(A，B，0)，其中0為A、B兩點所在的與中心軸垂直的面與中心軸的交點，A、B與0點之間的距離分別為0A、0B，且OA與OB是垂直的；在景深矩陣中分別找到A、B、0點的景深數(shù)據(jù)，即可得到三個靶標(biāo)的景深值，分別將該值乘以f得到的便是A、B、0三點與Kinect的實際距離dA、dB、dO;測得A、B點在像素矩陣中距離中心點的縱向距離HA'、HB'，測得在像素距陣中A、0間距離為0' A'，B、0間距離為0' B'，計算機動航天器模型(3)在水平面內(nèi)的姿態(tài)角

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的演示驗證方法，其特征在于:所述靶標(biāo)A、B、O的顏色與機動航天器模型(3 )及背 景墻不同。
【文檔編號】G05B17/02GK103713525SQ201410001864
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】陳志明, 劉海穎, 葉偉松, 陳偉 申請人:南京航空航天大學(xué)