基于空間非合作目標微雙目視覺導航敏感器的研制.pdf

1、目前，基于空間非合作目標的在軌服務技術(shù)在航天器在軌維修、空間碎片清理及空間攻防等領域得到廣泛應用。在非合作目標航天器或空間碎片的逼近階段，基于立體視覺位姿測量技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文以小型化、低功耗為目標，展開了微雙目立體視覺硬件系統(tǒng)及相關(guān)圖像處理算法的研究工作。
　　首先提出了基于雙FPGA+DSP的微雙目立體視覺的硬件實現(xiàn)方案。采用美國Digilent公司的微雙目單板VmodCAM作為前端圖像采集單元，兩片F(xiàn)PGA分別控制一

2、路圖像采集通道，通過改進的Canny算子實現(xiàn)了對非合作目標航天器的邊緣檢測，DSP中實現(xiàn)了基于Hough變換的直線檢測與識別。
　　其次，根據(jù)小型化、低功耗的指標要求，合理選取了微雙目立體視覺敏感器的關(guān)鍵器件并完成了整體硬件電路設計。FPGA選取基于Flash結(jié)構(gòu)的低功耗、高速A3PE1500-FG676處理器，DSP選取TI公司高速TMS320C6416T處理器，并對二者的功耗進行了預估；對比分析了外部數(shù)據(jù)存儲器SRAM與SDR

3、AM在不用模式下的電流值，通過軟件優(yōu)化的方式降低了二者的功耗；選取轉(zhuǎn)換效率高、占用面積小的開關(guān)電源穩(wěn)壓模塊作為供電電路；完成了FPGA與DSP最小系統(tǒng)電路設計及外部數(shù)據(jù)、程序存儲器接口電路設計等。
　　再次，在軟件設計上，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)流向，合理地將FPGA邏輯劃分為圖像采集模塊、基于改進的Canny算子的邊緣檢測模塊、圖像以及邊緣坐標點存儲模塊等。同時，對DSP中基于Hough變換的直線提取過程進行了優(yōu)化處理，通過合理分區(qū)和前幀反

4、饋兩種方法減少了直線檢測的數(shù)據(jù)量，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新率。
　　最后，通過采集一個復雜邊緣的方盒的圖像，驗證了FPGA中邊緣檢測效果。通過采集非合作目標航天器的圖像，驗證了DSP中Hough變換直線檢測與識別的效果。通過模擬空間環(huán)境中追蹤航天器與目標航天器的逼近實驗，驗證了本系統(tǒng)的工作性能，系統(tǒng)的平均數(shù)據(jù)更新率不小于6Hz，連續(xù)工作時，功耗不大于4W。此外，整個微雙目硬件系統(tǒng)平臺大小尺寸僅為106mm×106mm×26mm(長×寬