无人月球探测器缓冲着陆抛投试验视觉测量系统

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1、第１８卷第９期光学精密工程Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．９２０１０年９月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｐ．２０１０文章编号１００４９２４Ｘ（２０１０）０９２０４４０９无人月球探测器缓冲着陆抛投试验视觉测量系统晁志超１，姜广文１，黄伟２，宋师军２，于起峰１，３（１．国防科技大学光电科学与工程学院，湖南长沙４１００７３；２．北京空间机电研究所，北京１０００７６；３．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙４１００７３）摘要：针对无人月球探测器缓冲着陆运动抛投试验中对探测器缓冲着陆过

2、程中三维姿态、三维速度等运动参数和缓冲着陆机构缓冲行程的测量，设计了基于计算机视觉的抛投试验测量系统。首先，在探测器主体结构上喷绘若干对顶角标志，并用全站仪测量出这些标志的空间坐标。然后，用高速摄像机采集探测器缓冲着陆过程的序列图像。最后，利用单目视觉的方法对标志的空间坐标及探测器的序列图像进行处理得到上述参数。该系统硬件设备简单，软件操作方便。理论分析和实验验证均表明，采用该系统测量探测器运动参数，其姿态角测量精度优于４′，运动速度测量精度约为０．０２ｍ／ｓ，探测器缓冲行程精度约为４ｍｍ，完全满足无人

3、月球探测器缓冲着陆运动试验中的测量精度要求。关键词：计算机视觉；无人月球探测器；缓冲着陆；抛投试验；运动测量中图分类号：Ｖ４７６．３；ＴＰ３９１文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１０１８０９．２０４４犞犻狊犻狅狀犿犲犪狊狌狉犻狀犵狊狔狊狋犲犿犳狅狉狊狅犳狋犾犪狀犱犻狀犵犱狉狅狆狋犲狊狋狅犳狌狀犿犪狀狀犲犱犾狌狀犪狉犲狓狆犾狅狉犲狉１，ＪＩＡＮＧＧｕａｎｇｗｅｎ１，ＨＵＡＮＧＷｅｉ２，ＳＯＮＧＳｈｉｊｕｎ２，ＹＵＱｉｆｅｎｇ１，３ＣＨＡＯＺｈｉｃｈａｏ（１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犗狆

4、狋狅犲犾犲犮狋狉狅狀犻犮犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犖犪狋犻狅狀犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犇犲犳犲狀犮犲犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犪狀犵狊犺犪４１００７３，犆犺犻狀犪；２．犅犲犻犼犻狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犛狆犪犮犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊牔犈犾犲犮狋狉犻犮犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００７６，犆犺犻狀犪；３．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犃犲狉狅狊狆犪犮犲犪狀犱犕犪狋犲狉犻犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犖犪狋犻狅狀犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犇犲犳犲狀狊犲犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犪狀犵狊犺犪４１００

5、７３，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａｕｎｍａｎｎｅｄｌｕｎａｒｅｘｐｌｏｒｅｒａｔａｓｏｆｔｌａｎｄｉｎｇｔｅｓｔ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅ３Ｄｐｏｓｅ，３Ｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｅｘｐｌｏｒｅｒａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｔｒｏｂｅｏｆｓｎｕｂｂｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｓｏｍｅｏｐｐｏｓｉｔｅｖｅｒｔｉｃａｌａｎｇｌｅｍａｒｋｓｗｅｒｅｐａ

6、ｉｎｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｒｅｒ，ａｎｄｔｈｅｉｒ３Ｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙａｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｉｍａｇｅｓｗｅｒｅｔａｋｅｎｂｙａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｌａｎｄｉｎｇｔｅｓｔｏｆｅｘｐｌｏｒｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｂｏｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃｏｕｌｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｅｒｉａｌｉｍａｇｅｓｏｆｔｈ

7、ｅｅｘｐｌｏｒｅｒａｎｄ３Ｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｔｈｅｍａｒｋｓｗｉｔｈｔｈｅｍｏｎｏｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐａｃｔａｎｄｅａｓｙｔｏｂｅｏｐｅｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔａｃｃｕｒａｃｉｅｓｏｆｐｏｓｅａｎｇｌｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｓｔｒｏｂｅｉ

8、ｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｒｅ４′，０．０２ｍ／ｓａｎｄ４ｍｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｏｖｅｍｅｎｔｐａ收稿日期：２００９１１１２；修订日期：２０１００１１８．基金项目：“嫦娥”二期工程“着陆缓冲机构组合缓冲试验”项目第９期晁志超，等：无人月球探测器缓冲着陆抛投试验视觉测量系统２０４５ｒａｍｅｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｓｏｆｔｌａｎｄｉｎｇｔ