● 摘要
近年来，人类对地外太空研究逐步深入，空间技术也日益发展成熟。随着空间技术的发展和空间装置的复杂度提高，空间中的运动目标跟踪已经成为人类深入开发利用空间领域的一项关键技术；与此同时，随着计算机视觉的发展和图像处理水平的提升，人们已经有能力进行空间中的视觉跟踪控制。在这样的背景下，本文研究了空间中跟踪控制的相关理论，并建设了一种可用于视觉跟踪的运动平台，为了继续深入研究空间跟踪技术和进行空间连接实验提供了必要的前提。在平台的空间运动控制、视觉图像处理及空间协调连接等重要模块主要做了以下工作： 1. 对跟踪系统进行了总体设计，采用先锋机器人和3DCrane的相互视觉跟踪，深入研究了空间运动装置3DCrane的控制方法，并在跟踪过程中采用VC和Matlab混合编程提高开发的效率；2. 对比分析了目前几种常用的动态图像处理方法的研究现状，给出了基于机器视觉进行跟踪的实现方法。3. 作为跟踪的扩展，提出了一种钻入式的空间连接方式进行多运动体的协调连接，并进行了相关的机械设计及软硬件开发。利用这种钻入式结构，只要跟踪运动体能够精确跟踪目标，即使被跟踪飞行器没有相应的连接装置也可实现两个物体的连接，从而使得在被跟踪物没有准备的情况下的空间连接成为可能，有广泛的应用意义。本文的研究成果丰富了空间运动控制的内容，完善了多运动体跟踪控制平台设计，使基于视觉自主导航的空间运动体协调控制成为可能。为深空探测和空间作战等方面提供了有益的参考，也为载人航天二期工程建设奠定一定基础。本文的工作得到国家自然科学基金项目（60374001）的资助。