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中国科学：技术科学 2022年第3期52卷 473-488页

作者：刘传凯李剑张天柱刘茜黄泽远张济韬高宇辉于天一张宽常天宇吴杰杨成李贵良邓嘉诚徐楠青冯晓萌北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 中国科学技术大学信息科学技术学院合肥230026 北京邮电大学自动化学院北京100088

2020年12月17日,嫦娥五号返回器成功返回地面着陆,获取1731 g月壤样品,这标志我国探测工程"绕落回"三步走战略圆满收官.月面采样是采样返回任务的核心环节,是我国首次在月球表面实施的复杂操控类任务.月面采样包括岩心钻探取样和月壤表... 详细信息

2020年12月17日,嫦娥五号返回器成功返回地面着陆,获取1731 g月壤样品,这标志我国探测工程"绕落回"三步走战略圆满收官.月面采样是采样返回任务的核心环节,是我国首次在月球表面实施的复杂操控类任务.月面采样包括岩心钻探取样和月壤表取采样任务两个部分,受制于月面采样任务的复杂性和探测器自主能力的局限性,采样工作在地面遥操作中心的监视、引导与控制下开展.本文在对嫦娥五号月面采样的难点进行分析的基础上,将月面采样遥操作关键技术归纳为采样任务规划、多特征融合视觉定位、机械臂采样最优构型设计和采样虚拟仿真四个方面,并对四个方面技术的发展与研究现状进行综述,结合嫦娥五号任务特点,阐述了四项技术的主要实现途径及其创新性应用特点,分析了各种技术在月面采样任务实施中的关键性支撑作用,评述了其未来发展潜力和应用前景,对我国后续地外天体表面采样任务的实施和遥操作模式的设计具有重要的指导意义.

关键词：嫦娥五号机械臂采样多特征融合定位任务规划机械臂构型设计虚拟仿真技术

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空中加油对接阶段的锥套视觉跟踪与定位技术研究

空中加油对接阶段的锥套视觉跟踪与定位技术研究

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作者：张怡南京航空航天大学

学位级别：硕士

自主空中加油作为一种可以增强现代航空兵机动能力的重要技术手段,逐渐受到各国的重视。在我国,对于自主空中加油技术的研究主要集中于软管式空中加油,该方法依赖高精度的导航制导与飞行控制技术,其中近距对接段对导航精度的要求最高,... 详细信息

自主空中加油作为一种可以增强现代航空兵机动能力的重要技术手段,逐渐受到各国的重视。在我国,对于自主空中加油技术的研究主要集中于软管式空中加油,该方法依赖高精度的导航制导与飞行控制技术,其中近距对接段对导航精度的要求最高,利用视觉传感器等机载设备及时、准确地获取导航参数至关重要。本文针对加油对接段的视觉导航技术展开了分析,并以加油锥套为对象重点研究了视觉跟踪与定位方法。首先,考虑到本文采用深度学习网络模型实现空中加油对接段的锥套目标跟踪,针对该场景下由于样本数据采集困难、规模不足导致的无法有效进行样本训练的问题进行了分析与讨论,研究了一种基于像素变换的锥套样本增广算法,从像素点重分布与像素值重定义两个角度分别对锥套样本数据集进行扩充,并根据深度学习模型的样本输入要求对锥套样本集进行筛选和标定,为锥套目标的跟踪提供充足、有效的样本数据集。其次,针对基于深度学习的目标跟踪方法存在训练耗时过长、可移植性较差的问题,提出了一种基于Center Track的轻量化跟踪网络模型。本文从模型结构设计的角度入手,通过修改网络模型的卷积方式降低整体计算量和参数量;同时,为兼顾模型的收敛速度与效果,提出了基于动态权重的混合优化参数更新算法,从损失函数的角度对网络进行了改进,充分利用子任务间的关联性,动态调整权重因子,并通过混合优化的方法对参数进行更新,以达到在不影响模型性能的基础上减小模型体量、节省计算资源的目的。然后,本文研究了多特征融合场景下的锥套定位算法,基于锥套的结构特点提出了一种多特征融合的锥套目标定位方案,分别研究了标记点在二维空间与三维空间的匹配算法以及特征点辅助下的锥套位置求解算法。一方面,利用奇异值分解的思想构建了旋转/平移不变量,并基于高斯混合模型实现不同维度下特征标记点的匹配;另一方面,将多特征重投影误差的平方构建为最小二乘目标函数进行非线性优化,从而解算得到锥套目标的定位结果。最后,本文建立了多场景下的锥套目标跟踪测试数据集,利用改进的轻量化Center Track模型进行了测试与分析,并与相关方法在公共数据集上进行了对比;同时,利用三轴平台对多特征融合的定位算法进行了精度评估。实验结果表明,本文提出的锥套目标跟踪、定位算法能够满足空中加油近距导航需求,并有较好的性能,对于工程应用有一定的参考意义。

关键词：空中加油视觉导航轻量化跟踪网络特征点匹配多特征融合定位

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