[发明专利]采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法

说明书

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取值范围为0～255，景深与真实距离的比例f=dG255;]]>

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；

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)，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；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