月球车地面六分之一重力试验系统的位姿确定方法研究

论文摘要

月球车地面六分之一重力试验系统是我国探月二期中一项重要的验证任务,本文主要研究了一种基于CCD检测月球车质心的三维位置与姿态的新方法,来对六分之一重力模拟的执行系统进行导航。本文完成了以下研究工作:1.深入分析国内外最新研究资料,对非接触式三维位置检测方法及其应用进行了研究;2.深入研究了CCD的位置检测技术,在比较几种检测方法的基础上研究了一种既可以检测出月球车的位置同时又能解算出姿态的新的位姿确定方法。以月球车上三个点亮的LED为探测目标,通过成像系统将LED成像与CCD的敏感面上,经过数据采集卡信号处理,将CCD输出的电信号转化成为LED的位置信号,建立数学模型,解算出月球车的三维位置及姿态;3.对基于以上方法的三维位置检测系统进行了研究,设计了验证实验系统,将CCD相机、数据采集卡、PC计算机、LED系统集成为三维位置检测位姿确定系统。设计了实验方案并进行了实验验证,验证了本文所设计的位姿确定方法的正确性,可行性和实用性;4.对该位姿确定方法的误差进行了初步分析,提出了以后的改进方向,为今后该检测方法和系统的优化和应用提供了参考。本文为非接触式测量物体的三维位置和姿态提供了一种新颖的检测方法和系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 六分之一重力模拟研究现状
• 1.4 国内外位姿测量技术研究现状
• 1.4.1 CCD视觉位姿测量
• 1.4.2 基于PSD的位姿测量技术
• 1.4.3 室内GPS位姿测量
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 位姿确定方法研究
• 2.1 月球车地面六分之一重力试验系统总体概述
• 2.2 位姿确定系统方案的基本组成
• 2.3 坐标系的定义及转换关系
• 2.4 位姿确定方法基本原理
• 2.5 位置和姿态的解算
• 2.5.1 CCD成像原理
• 2.5.2 光斑提取原理
• 2.5.3 两个CCD确定每个光源的位置
• 2.5.4 三个光源确定月球车质心和姿态
• 2.6 本章小结
• 第3章 位姿确定系统结构组成
• 3.1 系统结构组成框图
• 3.2 系统硬件组成
• 3.2.1 CCD性能参数
• 3.2.2 工业用一体机
• 3.2.3 数据图像采集卡
• 3.2.4 光学镜头
• 3.2.5 LED系统
• 3.3 本章小结
• 第4章 位姿确定方法仿真分析
• 4.1 位姿确定方法的仿真模型
• 4.2 位姿确定方法仿真结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 位姿确定实验研究
• 5.1 位姿确定系统实验方案
• 5.2 位姿确定系统实验过程
• 5.2.1 CCD相机的标定方法
• 5.2.2 CCD相机标定实验
• 5.2.3 CCD感光精度的确定
• 5.3 误差分析及系统改进
• 5.3.1 误差分析
• 5.3.2 干扰抑制措施
• 5.3.3 可靠性及可维护性
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢