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基于深度学习目标识别的航天员训练场景理解技术

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载人航天 2023年第2期29卷 143-149页

作者：陈炜孙庆伟胡福超晁建刚中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室北京100094 中国航天员科研训练中心北京100094 航天工程大学宇航科学与技术系北京101416

增强现实(AR)是航天员训练的有效途径,其关键技术是场景重建与空间定位。针对当前AR设备只能进行场景空间静态识别,无法感知目标动态变化的问题,提出了深度学习与AR技术相结合的目标识别与位姿估计方法。采用YOLO v5神经网络实现了小训... 详细信息

增强现实(AR)是航天员训练的有效途径,其关键技术是场景重建与空间定位。针对当前AR设备只能进行场景空间静态识别,无法感知目标动态变化的问题,提出了深度学习与AR技术相结合的目标识别与位姿估计方法。采用YOLO v5神经网络实现了小训练样本量的操作目标识别,结合深度信息实现了目标点云分割,与目标CAD模型点云进行ICP匹配后估计出目标的三维空间位姿,从而在AR显示空间中实现目标的动态定位与虚实融合。结果表明:YOLO v5的识别平均精度可以达到0.995,虚实结构可以准确叠加。该方法可有效提高AR设备的场景理解能力,扩展航天员AR训练手段。

关键词：目标识别点云匹配增强现实航天员训练场景理解

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三维点云关键点局部坐标系重构方法研究

载人航天 2022年第3期28卷 344-349页

作者：许振瑛何宁晁建刚胡帅星中国航天员科研训练中心北京100094 中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室北京100094

为实现航天员混合现实训练中的虚实融合效果,克服虚实空间匹配技术中关键点处局部特征描述子匹配率低的问题,提出基于法向量DBSCAN聚类的三维点云关键点处局部坐标系构建方法。采用KD-Tree方法提取待匹配关键点处邻域点云数据后计算各... 详细信息

为实现航天员混合现实训练中的虚实融合效果,克服虚实空间匹配技术中关键点处局部特征描述子匹配率低的问题,提出基于法向量DBSCAN聚类的三维点云关键点处局部坐标系构建方法。采用KD-Tree方法提取待匹配关键点处邻域点云数据后计算各点的法向量,再利用DBSCAN方法对法向量聚类,计算局部坐标系z轴并转换点云重构局部坐标系,消除深度传感器姿态因素对邻域点云坐标值的影响。实验结果表明:该方法在部分立体视觉数据集上的平均重复率为0.44,法向量聚类方法强化了光滑曲面在z轴估计中的权重,避免了散乱数据的影响。

关键词：点云匹配局部坐标系 DBSCAN聚类旋转不变特征

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虚拟介入手术中导管物理建模技术研究进展

系统仿真学报 2013年第4期25卷 687-692页

作者：黄鹏晁建刚人因工程重点实验室北京100094 中国航天员科研训练中心北京100094

虚拟手术训练是虚拟现实技术在医学手术仿真训练中重要的应用。在虚拟导管介入手术中,导管的实时变形以及所产生的力反馈对手术仿真的真实感至关重要。针对导管柔性细长等特点,研究了近年来柔性导管的几种典型物理建模方法,如混合质点... 详细信息

虚拟手术训练是虚拟现实技术在医学手术仿真训练中重要的应用。在虚拟导管介入手术中,导管的实时变形以及所产生的力反馈对手术仿真的真实感至关重要。针对导管柔性细长等特点,研究了近年来柔性导管的几种典型物理建模方法,如混合质点弹簧模型、有限元模型及弹性杆模型等,分析讨论了各种方法构建模型的基本思想、关键过程与优缺点,并探讨了虚拟介入手术仿真在未来的发展趋势与应用展望。

关键词：物理建模导管导丝微创手术虚拟手术训练

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运动基航天飞行模拟器信号缩比策略

北京航空航天大学学报 2012年第3期38卷 324-329页

作者：陈炜姜国华晁建刚中国航天员科研训练中心北京100094

对于大幅值的输入信号,三阶多项式缩比法易产生信号畸变且参数配置复杂;而Hermite缩比函数法的触发速度较慢.提出两种改进的缩比方法:基于三阶多项式缩比法的最优参数配置法和加入线性缩比的非线性缩比法.前一种方法通过参数的优化配置... 详细信息

对于大幅值的输入信号,三阶多项式缩比法易产生信号畸变且参数配置复杂;而Hermite缩比函数法的触发速度较慢.提出两种改进的缩比方法:基于三阶多项式缩比法的最优参数配置法和加入线性缩比的非线性缩比法.前一种方法通过参数的优化配置最大化稳定区,以防止信号的畸变;后一种方法则利用线性缩比的特性将缩比度限制在稳定区内.仿真结果表明:线性缩比的加入可以防止三阶多项式缩比法信号的畸变;最优配置参数法应用方便且整体效果较好.为航天飞行模拟提供了更有效的缩比策略.

关键词：运动基航天飞行训练模拟器三阶多项式缩比法 Hermite缩比函数法最优配置参数法线性缩比

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水下训练服中性浮力姿态的一种量化测试方法

载人航天 2023年第1期29卷 95-101页

作者：佘佳宏张磊晁建刚赵维林万洪中国航天员科研训练中心北京100094

出舱活动模拟失重试验和训练中,复杂作业时需要水下训练服的姿态在直立位、水平位之间调整,由于缺乏对服装中性浮力姿态的定量描述,通常情况下配平难以达到模拟在轨失重状态时姿态大范围变化要求。分析了水下训练服的姿态及其受力关系,... 详细信息

出舱活动模拟失重试验和训练中,复杂作业时需要水下训练服的姿态在直立位、水平位之间调整,由于缺乏对服装中性浮力姿态的定量描述,通常情况下配平难以达到模拟在轨失重状态时姿态大范围变化要求。分析了水下训练服的姿态及其受力关系,总结了水下训练服中性浮力姿态描述的定量指标,提出了一种姿态测试方法,设计并研制了一套姿态测试系统,并对水下训练服进行实际测试。结果表明:该指标可有效描述水下训练服的中性浮力配平姿态,提高配平效果。该指标也适用于其他水下中性浮力设备。

关键词：水下训练服失重环境中性浮力姿态指标测试

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航天员交会对接模拟训练仿真关键技术研究

系统仿真学报 2013年第8期25卷 1730-1735页

作者：晁建刚徐晓静中国航天员科研训练中心北京100094

交会对接飞行任务中,需要建立手控专项训练器对航天员进行训练。针对任务背景需要,研究建立了对接训练仿真中关键的轨道动力学模型、控制机构模型、测量机构模型以及GNC模型;进行了模型误差、解算误差和响应延迟等引起的天地一致性仿真... 详细信息

交会对接飞行任务中,需要建立手控专项训练器对航天员进行训练。针对任务背景需要,研究建立了对接训练仿真中关键的轨道动力学模型、控制机构模型、测量机构模型以及GNC模型;进行了模型误差、解算误差和响应延迟等引起的天地一致性仿真偏差分析探讨,提出了解决方法。应用文中模型和误差解决方法建立的训练系统,分别进行了自主和人控模式下试验,结果表明满足训练设计指标要求,可作为工程实现重要参考。

关键词：交会对接训练仿真航天器误差分析

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航天员舱外活动虚拟现实训练系统研究

载人航天 2022年第5期28卷 675-682页

作者：陈学文张炎黄鹏赵阳孔祥杰晁建刚中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室北京100094

虚拟现实训练系统为舱外作业提供直观、逼真的视觉场景,是重要的舱外作业训练设备。针对航天员舱外作业训练需求,提出虚拟现实训练系统的总体结构,实现了基于物理的三维场景渲染、安全绳交互操作仿真、多人协同操作仿真等关键技术,构建... 详细信息

虚拟现实训练系统为舱外作业提供直观、逼真的视觉场景,是重要的舱外作业训练设备。针对航天员舱外作业训练需求,提出虚拟现实训练系统的总体结构,实现了基于物理的三维场景渲染、安全绳交互操作仿真、多人协同操作仿真等关键技术,构建虚拟现实训练系统并应用于舱外作业训练。对照SZ-12任务两次出舱活动,进行了航天员舱外作业训练感知一致性对比分析和航天员使用问卷调查。结果表明:该系统具有视觉感知一致性、操作感知近似性、听觉感知一致性、运动感知近似性的特点,已应用于SZ-12、SZ-13任务航天员的训练、机械臂联合演练及舱外协同指挥程序演练等。

关键词：虚拟现实出舱活动航天员航天员训练

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航天员混合现实训练与支持技术研究

载人航天 2023年第4期29卷 470-477页

作者：晁建刚许振瑛何宁孙庆伟魏源宏胡帅星中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室北京100094 航天工程大学宇航科学与技术系北京101416

基于航天员地面单人便携训练、多人协同操作训练、空间在轨操作辅助支持以及远程协同支持等工程任务需要,开展混合现实训练与支持技术研究。设计了航天员混合现实训练与支持的工程实现总体技术框架,针对航天员地面训练环境、在轨任务环... 详细信息

基于航天员地面单人便携训练、多人协同操作训练、空间在轨操作辅助支持以及远程协同支持等工程任务需要,开展混合现实训练与支持技术研究。设计了航天员混合现实训练与支持的工程实现总体技术框架,针对航天员地面训练环境、在轨任务环境以及远程支持环境等特殊因素,对混合现实头盔头部位姿实时估计技术、多人协同操作技术以及远程支持场景匹配等关键技术进行研究。试验验证和航天员体验表明,技术方法有效、用户体验良好,满足空间站航天员地面与长期在轨典型性训练和支持任务需求,提高了训练支持质量和效率。

关键词：航天员混合现实位姿估计场景匹配

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基于靶标图像的航天员手控交会对接方法

宇航学报 2010年第5期31卷 1398-1404页

作者：杨进姜国华晁建刚中国航天员科研训练中心北京100193

根据国外的工程经验,在交会对接人工控制方式下,航天员通过靶标图像判断两飞行器间的相对运动状态进而实施控制,本文根据俄罗斯人控模式下靶标模型建模仿真,从理论分析和图形化描述两个方面说明了基于靶标图像航天员判断相对运动状态的... 详细信息

根据国外的工程经验,在交会对接人工控制方式下,航天员通过靶标图像判断两飞行器间的相对运动状态进而实施控制,本文根据俄罗斯人控模式下靶标模型建模仿真,从理论分析和图形化描述两个方面说明了基于靶标图像航天员判断相对运动状态的难点,从中分析了一套航天员手控规律,并通过仿真实例验证了这套规律的可行性,提供航天员手控操作方法。

关键词：靶标图像手控交会对接