ТриДАР

TriDAR , или автоматическое сближение и стыковка триангуляции и лидара , ^{[ 1 ]} — это система относительного навигационного видения, разработанная Neptec Design Group и финансируемая Канадским космическим агентством и НАСА . Он предоставляет направляющую информацию, которую можно использовать для управления беспилотным аппаратом во время операций сближения и стыковки в космосе. TriDAR не полагается на какие-либо опорные маркеры, расположенные на целевом космическом корабле. TriDAR использует лазерный Вместо этого 3D-датчик и тепловизор . Запатентованное программное обеспечение TriDAR использует геометрическую информацию, содержащуюся в последовательных трехмерных изображениях, для сопоставления с известной формой целевого объекта и расчета его положения и ориентации.

TriDAR совершил свой первый демонстрационный космический полет на борту космического корабля "Дискавери" в рамках миссии STS-128 , запущенной 28 августа 2009 года. На STS-128 TriDAR предоставил астронавтам руководящую информацию в режиме реального времени во время сближения и стыковки с Международной космической станцией (МКС). ). Он автоматически обнаруживал и отслеживал МКС, используя только знания о ее форме. Это был первый случай, когда в космосе была использована «бесцелевая» система слежения за объектом на основе 3D-сенсора.

Фон

На сегодняшний день большинство решений оперативного отслеживания для оценки позы и отслеживания на орбите основаны на совместных маркерах, размещенных на целевых объектах. Система космического видения (SVS) использовала цели черного цвета на белом или белого цвета на черных точках. Эти цели были сняты с помощью видеокамер космического корабля "Шаттл" или Международной космической станции (МКС) для расчета относительного положения собираемых модулей МКС. ^{[ 2 ]}

Система управления траекторией (TCS) использовалась на борту космического челнока для предоставления навигационной информации во время сближения и стыковки с Международной космической станцией (МКС). Эта лазерная система отслеживает ретро-отражатели, расположенные на МКС, и предоставляет информацию о пеленге, дальности и скорости сближения. Несмотря на надежность, системы на основе целевых объектов имеют эксплуатационные ограничения, поскольку цели должны быть установлены на целевой полезной нагрузке. Это не всегда практично и даже возможно. ^{[ 3 ]} Например, обслуживание существующих спутников, на которых не установлены отражатели, потребует возможности бесцельного слежения.

СТС-128

TriDAR был впервые испытан в космосе на борту космического корабля «Дискавери» во время полета STS-128 к МКС . Целью испытаний было продемонстрировать способность системы TriDAR отслеживать объект в космосе без использования целевых маркеров, таких как светоотражатели. Во время этой миссии TriDAR располагался в отсеке полезной нагрузки системы стыковки орбитального корабля (ODS) рядом с системой управления траекторией шаттла (TCS).

Система была активирована во время сближения, когда Шаттл находился примерно в 75 км (47 миль) от МКС. Оказавшись в зоне действия 3D-датчика, TriDAR автоматически определил пеленг и дальность до МКС. Во время встречи TriDAR ввел отслеживание на основе формы, которое обеспечивало полные 6 степеней свободы наведения и скорость сближения. Ключевая системная информация предоставлялась экипажу в режиме реального времени через улучшенные стыковочные дисплеи на портативном компьютере, расположенном в боевом отсеке шаттла.

Система была разработана для автономного выполнения всей миссии. Он самостоятельно контролировал свое решение для отслеживания и автоматически повторно обнаруживал МКС, если отслеживание было потеряно. TriDAR также тестировался во время расстыковки и облета.

СТС-131

TriDAR снова был установлен на борту космического корабля "Дискавери" во время миссии STS-131 на Международную космическую станцию . TriDAR работал во время сближения шаттла с МКС и собирал полезные данные вплоть до маневра шаттла по тангажу R-bar. В этот момент проблема с кабелем привела к потере связи. ^{[ 4 ]} По словам директора полета Ричарда Джонса, используя резервный кабель для отстыковки и облета, TriDAR работал «безупречно». ^{[ 5 ]}

СТС-135

TriDAR находился на борту космического корабля "Атлантис" во время миссии STS-135 на Международную космическую станцию. ^{[ 1 ]}

Возможности

TriDAR опирается на последние разработки в области технологий 3D-зондирования и компьютерного зрения, обеспечивая устойчивость к свету в системах космического зрения. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Эта технология обеспечивает возможность автоматического сближения и стыковки с транспортными средствами, не предназначенными для подобных операций.

Система включает в себя активный 3D-датчик, тепловизор и программное обеспечение Neptec для отслеживания на основе моделей. Используя только знания о геометрии целевого космического корабля и трехмерные данные, полученные от датчика, система напрямую вычисляет относительное положение с 6 степенями свободы (6DOF). Алгоритмы компьютерного зрения, разработанные Neptec, позволяют этому процессу происходить в режиме реального времени на бортовом компьютере, обеспечивая при этом необходимую надежность и надежность, ожидаемую для критически важных операций. Быстрый сбор данных был достигнут за счет реализации стратегии интеллектуального сканирования, называемой «Больше информации — меньше данных» (MILD), при которой датчик получает только необходимые данные для оценки позы. Эта стратегия сводит к минимуму требования ко времени сбора данных, пропускной способности данных, памяти и вычислительной мощности.

Аппаратное обеспечение

Датчик TriDAR представляет собой гибридную 3D-камеру, которая сочетает в себе технологию автосинхронной лазерной триангуляции и лазерный радар (LIDAR) в одном оптическом корпусе. Эта конфигурация использует преимущества взаимодополняемости этих двух технологий визуализации для предоставления 3D-данных как на коротком, так и на большом расстоянии без ущерба для производительности. ^{[ 9 ]} Подсистема лазерной триангуляции во многом основана на системе лазерной камеры (LCS), используемой для проверки системы тепловой защиты космического корабля "Шаттл" после каждого запуска. ^{[ 10 ]} Путем мультиплексирования оптических путей двух активных подсистем TriDAR может обеспечить функциональность двух 3D-сканеров в компактном корпусе. Подсистемы также используют одну и ту же управляющую и обрабатывающую электронику, что обеспечивает дополнительную экономию по сравнению с использованием двух отдельных 3D-датчиков. В комплект также входит тепловизор, позволяющий расширить дальность действия системы за пределы рабочего диапазона LIDAR.

Приложения

Благодаря широкому рабочему диапазону датчик TriDAR можно использовать для нескольких задач в рамках одной миссии. TriDAR можно использовать для сближения и стыковки, посадки на планету, навигации марсохода, осмотра местности и транспортных средств. Возможности TriDAR для исследования планет были недавно продемонстрированы во время полевых испытаний на Гавайях, проведенных НАСА и Канадским космическим агентством (CSA). Университета Карнеги-Меллона Для этих испытаний TriDAR был установлен на луноходе Scarab и позволил ему автоматически перемещаться к пункту назначения. Когда марсоход прибыл в пункт назначения, TriDAR был использован для получения 3D-изображений окружающей местности в высоком разрешении и поиска идеальных мест для бурения для получения лунных образцов.

Приложения TriDAR не ограничиваются космосом. Технология TriDAR лежит в основе продукта Neptec OPAL. OPAL обеспечивает обзор экипажам вертолетов, когда их обзор закрыт из-за затемнения или затемнения. Технология TriDAR также может применяться во многих наземных приложениях, таких как автоматические транспортные средства, обнаружение опасностей, позиционирование пациентов при лучевой терапии, сборка крупных конструкций, а также отслеживание человеческого тела для захвата движения или управления видеоиграми.

См. также

Kurs (docking navigation system) , used on Soyuz and Progress spacecraft

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Завершение программы шаттлов, последний полет Атлантиды: вклад Канады» (пресс-релиз). Канадское космическое агентство. 28 июня 2011 года . Проверено 2 июля 2011 г.
^ Маклин, СГ; Пинкни, HFL (1993). «Машинное зрение в космосе». Канадский журнал по аэронавтике и космосу . 39 (2): 63–77.
^ Обермарк, Дж.; Кример, Г.; Кельм, Б.; Вагнер, В.; Хеншоу, К. Глен (2007). Ховард, Ричард Т; Ричардс, Роберт Д. (ред.). «СУМО/ФРЕНД: система технического зрения для автономного спутникового грейфера». Учеб. ШПИОН . Датчики и системы для космического применения. 6555 : 65550. Бибкод : 2007SPIE.6555E..0YO . дои : 10.1117/12.720284 . S2CID 110928354 .
^ Гебхардт, Крис (2010). «Отстыковка STS-131 Discovery STORRM TriDAR» . Космический полет НАСА . Проверено 17 апреля 2010 г.
^ Ведущие: Брэнди Дин (17 апреля 2010 г.). «13-й день полета STS-131: брифинг о состоянии» . Статусные брифинги . Хьюстон, Техас. 7:45 минута. Телевидение НАСА . Телевизионный медиа-канал НАСА.
^ Рюэль, С.; английский, К.; Антил, М.; Черч, П. (2005). ^3DLASSO: Оценка позы в реальном времени на основе 3D-данных для автономного обслуживания спутников (PDF) . 8-й Международный симпозиум по искусственному интеллекту, робототехнике и автоматизации в космосе (i-SAIRAS 2005). 5–8 сентября 2005 г. Мюнхен, Германия.
^ Рюэль, С.; английский, К.; Антил, М.; Дейли, Дж.; Смит, К.; Чжу, С. (2006). Ховард, Ричард Т; Ричардс, Роберт Д. (ред.). «Решение 3D-видения в реальном времени для автономного сближения и стыковки на орбите». Учеб. ШПИОН . Космические датчики III. 6220 : 622009. Бибкод : 2006SPIE.6220E..09R . дои : 10.1117/12.665354 . S2CID 129358605 .
^ Рюэль, С.; Луу, Т.; Антил, М.; Ганьон, С. (2006). Целевая локализация на основе 3D-данных для автономного сближения и стыковки на орбите . Аэрокосмическая конференция IEEE 2006 г. 1-8 марта 2008 г. Биг Скай, Монтана. дои : 10.1109/AERO.2008.4526516 .
^ английский, К.; Чжу, X.; Смит, К.; Рюэль, С.; Кристи, И. (2005). TriDAR: гибридный датчик, использующий взаимодополняющую природу технологий триангуляции и лидара (PDF) . 8-й Международный симпозиум по искусственному интеллекту, робототехнике и автоматизации в космосе (i-SAIRAS 2005). 5–8 сентября 2005 г. Мюнхен, Германия.
^ Делорье, А.; Шоуолтер, И.; Монпул, А.; Тейлор, Р.; Кристи, И. (2005). Проверка челночной ТПС с использованием технологии триангуляционного сканирования . SPIE: Космические датчики II. 28 марта 2005 г. Орландо, Флорида. Бибкод : 2005SPIE.5798...26D . дои : 10.1117/12.603692 .

Внешние ссылки

сайт Нептек

[csa20110628-1] Jump up to: ^а ^б «Завершение программы шаттлов, последний полет Атлантиды: вклад Канады» (пресс-релиз). Канадское космическое агентство. 28 июня 2011 года . Проверено 2 июля 2011 г.

[2] Маклин, СГ; Пинкни, HFL (1993). «Машинное зрение в космосе». Канадский журнал по аэронавтике и космосу . 39 (2): 63–77.

[3] Обермарк, Дж.; Кример, Г.; Кельм, Б.; Вагнер, В.; Хеншоу, К. Глен (2007). Ховард, Ричард Т; Ричардс, Роберт Д. (ред.). «СУМО/ФРЕНД: система технического зрения для автономного спутникового грейфера». Учеб. ШПИОН . Датчики и системы для космического применения. 6555 : 65550. Бибкод : 2007SPIE.6555E..0YO . дои : 10.1117/12.720284 . S2CID 110928354 .

[obss-4] Гебхардт, Крис (2010). «Отстыковка STS-131 Discovery STORRM TriDAR» . Космический полет НАСА . Проверено 17 апреля 2010 г.

[obss2-5] Ведущие: Брэнди Дин (17 апреля 2010 г.). «13-й день полета STS-131: брифинг о состоянии» . Статусные брифинги . Хьюстон, Техас. 7:45 минута. Телевидение НАСА . Телевизионный медиа-канал НАСА.

[6] Рюэль, С.; английский, К.; Антил, М.; Черч, П. (2005). ^3DLASSO: Оценка позы в реальном времени на основе 3D-данных для автономного обслуживания спутников (PDF) . 8-й Международный симпозиум по искусственному интеллекту, робототехнике и автоматизации в космосе (i-SAIRAS 2005). 5–8 сентября 2005 г. Мюнхен, Германия.

[7] Рюэль, С.; английский, К.; Антил, М.; Дейли, Дж.; Смит, К.; Чжу, С. (2006). Ховард, Ричард Т; Ричардс, Роберт Д. (ред.). «Решение 3D-видения в реальном времени для автономного сближения и стыковки на орбите». Учеб. ШПИОН . Космические датчики III. 6220 : 622009. Бибкод : 2006SPIE.6220E..09R . дои : 10.1117/12.665354 . S2CID 129358605 .

[8] Рюэль, С.; Луу, Т.; Антил, М.; Ганьон, С. (2006). Целевая локализация на основе 3D-данных для автономного сближения и стыковки на орбите . Аэрокосмическая конференция IEEE 2006 г. 1-8 марта 2008 г. Биг Скай, Монтана. дои : 10.1109/AERO.2008.4526516 .

[9] английский, К.; Чжу, X.; Смит, К.; Рюэль, С.; Кристи, И. (2005). TriDAR: гибридный датчик, использующий взаимодополняющую природу технологий триангуляции и лидара (PDF) . 8-й Международный симпозиум по искусственному интеллекту, робототехнике и автоматизации в космосе (i-SAIRAS 2005). 5–8 сентября 2005 г. Мюнхен, Германия.

[10] Делорье, А.; Шоуолтер, И.; Монпул, А.; Тейлор, Р.; Кристи, И. (2005). Проверка челночной ТПС с использованием технологии триангуляционного сканирования . SPIE: Космические датчики II. 28 марта 2005 г. Орландо, Флорида. Бибкод : 2005SPIE.5798...26D . дои : 10.1117/12.603692 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]