21世纪以来,高新技术在空间信息领域飞速发展,小型卫星编队组网的优势越来越明显,它不仅可以收集到更多的数据,而且执行任务的灵活性比单颗卫星要高。编队卫星协同飞行作为航天器的一种全新空间应用,存在诸多的关键技术需要进行地面仿真验证工作,各国的研究机构也将编队卫星物理仿真验证平台列为了重点的研究方向。外部视觉测量手段实现卫星运动模拟器运动参数的测量确定,是编队卫星验证平台的一项关键技术,有着深远的研究意义和广泛的应用前景。本文以编队飞行物理仿真验证平台项目为依托,重点对该项目中外部视觉测量系统的硬件搭建、算法建模及试验方法等进行了研究。在综述国内外编队飞行地面模拟平台及视觉测量发展现状的基础上,通过比较各种视觉测量技术方案的特点,结合实际工程的环境约束,分析并确定了外部视觉测量系统以单目视觉为工作方式的总体实施方案。依据该实施方案,以获得卫星运动模拟器高精度、高实时性的运动参数为根本目的,选定了搭建工作所必需的硬件系统,其中包括测量标志器、外部测量相机(含配套镜头)及综合控制台等。此外,开展了相关算法的建模工作,研究了基于亚像素精确定位技术的灰度平方加权中心定位算法、外部测量相机的内参数标定算法及运动参数求解算法。在上述研究的基础上,本文对测量标志器标志点的单点定位精度、测量标志器的静态重复定位精度及系统的动态测量精度进行了具体的试验研究,并获得了较为理想的系统性能参数。
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