● 摘要
空间环境下的远程操作是面向特定应用领域的研究热点，不仅可以降低空间系统的运行成本和风险，而且可以利用空间执行机构远程实施地面决策、控制和操作，完成较复杂的特定空间任务，其中空间平台载荷的目标对准是空间环境下的典型远程操作。由于空间平台和地面测控中心之间的通信具有时延较长的特点，并且空间平台和在轨目标经常处于高速运动状态，所以目标对准装置的远程操作必须面临关于通信时延和操作稳定性的难点问题。因此，本论文根据空间远程操作的典型任务需求，针对上述难点问题，结合图形图像、增强现实、视景仿真等技术，开展了基于增强现实的预测仿真和虚拟向导研究开发，主要包括以下三个方面。（1）模拟视频和指令数据的星地传输过程。本论文分析了星地数据传输的通信时延和带宽的特点，研究并实现了星地视频和指令数据传输的仿真过程，为空间远程操作的预测仿真和虚拟向导提供仿真环境。（2）目标对准装置的预测仿真及其场景构建。本论文利用星地通信时延的仿真数据，根据空间平台的运行状态和对准装置的几何模型，研究并实现了目标对准装置的预测仿真。在此基础上，利用增强现实技术，根据对准装置的预测仿真结果，建立对准装置几何模型与空间目标视频图像融为一体的增强现实场景。（3）面向目标对准的虚拟向导。本论文分析了目标对准装置的执行能力，根据该对准装置确定虚拟向导的几何模型和运动特性，研究实现了面向空间目标对准的虚拟向导方法，协助地面人员完成空间目标对准的远程操作任务。论文设计实现了星地视频与指令传输仿真模块、对准装置预测仿真及其场景构建模块、面向目标对准的虚拟向导模块，并且利用依托课题的实验环境试验了本论文的研究开发工作。实验结果表明：本论文研究实现的空间远程操作的预测仿真与虚拟向导方法，可以为空间环境下的远程操作提供了目标对准的辅助手段。