[发明专利]采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统及方法

权利要求书

1.一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统其特征在于：包括Kinect传感器（1）、目标航天器模型（2）、机动航天器模型（3）以及计算机（5）：目标航天器模型（2）与Kinect传感器（1）固连，Kinect传感器（1）连接到计算机（5），机动航天器模型（3）通过升缩连杆连接在小车（4）上，小车（4）与嵌入式计算机系统连接，嵌入式计算机系统也与计算机（5）相连接；该系统还包括背景墙。

2.根据权利要求1所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统，其特征在于：所述嵌入式计算机系统与计算机（5）通过WIFI无线网络相连接。

3.根据权利要求2所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统，其特征在于：所述嵌入式计算机系统为单片机系统。

4.根据权利要求3所述的一种采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统，其特征在于：所述升缩连杆为程控升缩连杆。

5.利用权利要求1或4所述的采用Kinect的航天器交会对接地面演示验证系统进行的演示验证方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)Kinect传感器（1）初始化，建立背景环境信息：利用Kinect传感器（1）的开发组件，建立软件开发环境；测得Kinect传感器（1）与背景墙间的距离为dG，Kinect传感器（1）获取的景深矩阵其取值范围为0～255，景深与真实距离的比例

2)Kinect传感器（1）感知机动航天器模型（3），将数据传入计算机（5），通过步骤1)建立的软件开发环境分别建立像素矩阵及景深矩阵，然后计算出机动航天器模型（3）相对于目标航天器模型（2）的相对距离及姿态；

3）计算机(5)向嵌入式计算机系统发送三个控制参数，分别为步骤2）中的α、hO、d，然后通过小车（4）控制升缩连杆升降，控制小车（4）旋转以及向目标航天器模型（2）前进，即可完成对接；如对接不成功，则重新从步骤2）开始。

6.根据权利要求5所述的演示验证方法，其特征在于：所述计算机动航天器模型（3）相对于目标航天器模型（2）的相对距离及姿态过程如下：在机动航天器模型（3）上设置三个靶标(A,B,O)，其中O为A、B两点所在的与中心轴垂直的面与中心轴的交点，A、B与O点之间的距离分别为OA、OB，且OA与OB是垂直的；在景深矩阵中分别找到A、B、O点的景深数据，即可得到三个靶标的景深值，分别将该值乘以f得到的便是A、B、O三点与Kinect的实际距离dA、dB、dO；测得A、B点在像素矩阵中距离中心点的纵向距离HA′、HB′,测得在像素距阵中A、O间距离为O′A′，B、O间距离为O′B′，计算机动航天器模型（3）在水平面内的姿态角

α=arccos(OA·O′B′O′A′·OB)]]>

机动航天器模型（3）中心点O与Kinect传感器（1）视觉中轴线的高度差

hO=OA·HA′O′A′-OA]]>

最后得出机动航天器模型（3）与目标航天器模型（2）的水平间距

d=dO2-hO2]]>

7.根据权利要求6所述的演示验证方法，其特征在于：所述靶标A、B、O的颜色与机动航天器模型（3）及背景墙不同。