트라이다르

TriDAR

트라이다(TriDAR) 또는 삼각측량 및 LIDAR 자동 랑데부 및 도킹은 [1]넵텍 디자인 그룹이 개발하고 캐나다 우주국과 NASA가 후원하는 상대적 항법 비전 시스템이다.우주에서 랑데부 및 도킹 작업 중 무인 차량을 안내하는 데 활용할 수 있는 안내 정보를 제공한다.TriDAR은 대상 우주선에 배치된 어떤 기준 표지에 의존하지 않는다.대신, TriDAR은 레이저 기반의 3D 센서와 열 이미저에 의존한다.TriDAR의 독점 소프트웨어는 연속적인 3D 영상에 포함된 기하학적 정보를 사용하여 대상 객체의 알려진 형태와 일치시키고 그 위치와 방향을 계산한다.

트라이다르는 2009년 8월 28일 발사된 STS-128 임무의 우주왕복선 디스커버리호에 탑승하여 최초의 우주 비행을 했다.STS-128에서 트라이다르는 국제우주정거장(ISS)과의 접선 및 도킹 중 우주 비행사들에게 실시간 안내 정보를 제공했다.그것은 그것의 형태에 대한 지식만을 이용하여 자동적으로 ISS를 획득하고 추적했다.이는 우주에서 3D 센서 기반의 "무표적" 추적 비전 시스템이 사용된 첫 사례였다.

배경

현재까지 포즈 추정 및 온오프비트 추적을 위한 대부분의 운영 추적 솔루션은 대상 객체에 배치된 협력 마커에 의존해 왔다.스페이스 비전 시스템(SVS)은 흰색에 검정색 또는 검은색 점 표적에 흰색에 검정색을 사용하였다.이 목표물들은 조립할 ISS 모듈의 상대적인 자세를 계산하기 위해 우주왕복선이나 국제우주정거장(ISS) 비디오 카메라로 이미징되었다.[2]

궤적제어시스템(TCS)은 현재 국제우주정거장(ISS)과의 랑데부 및 도킹 시 안내 정보를 제공하기 위해 우주왕복선에 탑재돼 있다.이 레이저 기반 시스템은 ISS에 위치한 역반사기를 추적하여 베어링, 범위 및 폐쇄 속도 정보를 제공한다.신뢰할 수 있는 반면, 대상 기반 시스템은 대상 페이로드에 대상을 설치해야 하므로 운영상의 제약이 있다.이것은 항상 실용적이거나 심지어 가능하지도 않다.[3]예를 들어 반사경이 설치되지 않은 기존 위성을 서비스하려면 목표물이 없는 추적 기능이 필요할 것이다.

STS-128

STS-128 중 TriDAR

TriDAR은 국제우주정거장에 대한 STS-128 임무 동안 우주왕복선 디스커버리호에 탑승한 우주에서 처음으로 시험되었다.테스트의 목적은 역반사기와 같은 표적 표지를 사용하지 않고 우주에서 물체를 추적할 수 있는 TriDAR 시스템의 능력을 입증하는 것이었다.이 임무를 위해, 트라이다르는 셔틀의 궤도 제어 시스템(TCS) 옆에 있는 궤도 도킹 시스템(ODS)의 페이로드 베이에 위치했다.

이 시스템은 우주왕복선이 국제우주정거장에서 약 75km(47mi) 떨어진 곳에 있을 때 랑데부 중에 활성화되었다.TriDAR은 3D 센서 범위에 들어가면 자동으로 베어링과 ISS까지의 범위를 결정했다.랑데부하는 동안, TriDAR은 완전한 6도 자유도와 폐쇄율을 제공하는 추적에 기반한 형태에 들어갔다.핵심 시스템 정보는 우주왕복선 승무원실에 위치한 노트북 컴퓨터의 강화된 도킹 디스플레이를 통해 승무원에게 실시간으로 제공되었다.

이 시스템은 전체 임무를 자율적으로 수행하도록 설계되었다.추적 솔루션을 자체 모니터링한 뒤 추적이 끊겼을 경우 ISS를 자동으로 다시 취득했다.TriDAR은 도킹 해제 및 플라이 어라운드 작업에서도 테스트되었다.

STS-131

STS-131 중 TriDAR

트라이다르는 국제우주정거장으로 가는 STS-131 임무 동안 다시 우주왕복선 디스커버리호에 탑승했다.트라이다르는 ISS와 셔틀 랑데뷰하는 동안 운행했고, 셔틀 R-bar 피치 기동까지 유용한 데이터를 입수했다.그 때 케이블 연결 문제로 인해 통신이 두절되었다.[4]리차드 존스 비행감독에 따르면 트라이다르는 도킹 해제와 비행을 위해 예비 케이블을 사용하여 "무법하게" 운항했다고 한다.[5]

STS-135

트라이다르는 국제우주정거장으로 가는 STS-135 임무 동안 우주왕복선 아틀란티스호에 탑승했다.[1]

역량

TriDAR은 3D 센싱 기술과 컴퓨터 시야의 최근 발전을 바탕으로 우주 시야 시스템의 조명 내성을 달성했다.[6][7][8]이 기술은 이러한 작업을 위해 설계되지 않은 차량과 자동으로 랑데부하고 도킹할 수 있는 기능을 제공한다.

이 시스템에는 3D 활성 센서, 열 이미저 및 넵텍의 모델 기반 추적 소프트웨어가 포함되어 있다.이 시스템은 대상 우주선의 기하학적 구조와 센서로부터 획득한 3D 데이터에 대한 지식만을 사용하여 6DOF(자유도 6도) 상대 자세를 직접 계산한다.넵텍이 개발한 컴퓨터 비전 알고리즘은 비행 컴퓨터 상에서 실시간으로 이 프로세스가 이루어질 수 있도록 하는 동시에 미션 크리티컬 운영에 필요한 강건성과 신뢰성을 달성한다.포즈 추정을 수행하는 데 필요한 데이터만 센서에 획득하는 MILD(More Information Less Data)라고 하는 스마트 스캐닝 전략을 구현함으로써 빠른 데이터 획득을 달성했다.이 전략은 수집 시간, 데이터 대역폭, 메모리 및 처리 능력에 대한 요구사항을 최소화한다.

하드웨어

트라이다 센서는 자동 동기식 레이저 삼각측량 기술과 레이저레이더(LIDAR)를 단일 광학 패키지에 결합한 하이브리드 3D 카메라다.이 구성은 이 두 영상 기술의 보완적 특성을 이용하여 성능을 저하시키지 않고 단거리와 장거리 모두에서 3D 데이터를 제공한다.[9]레이저 삼각측량 하위시스템은 발사 후 우주왕복선의 열보호 시스템을 점검하는 데 사용되는 레이저 카메라 시스템(LCS)을 주로 기반으로 한다.[10]TriDAR은 두 개의 활성 서브시스템의 광학 경로를 멀티플렉싱함으로써 두 개의 3D 스캐너의 기능을 콤팩트한 패키지로 제공할 수 있다.또한 하위 시스템은 동일한 제어 및 처리 전자장치를 공유하므로 두 개의 개별 3D 센서를 사용하는 것에 비해 추가적인 절감 효과를 제공한다.시스템의 범위를 LIDAR 작동 범위 이상으로 확장하기 위한 열 이미저도 포함되어 있다.

적용들

스카라브 달 탐사선

작동 범위가 넓기 때문에, TriDAR 센서는 동일한 임무 내에서 여러 애플리케이션에 사용할 수 있다.TriDAR은 랑데부 및 도킹, 행성 착륙, 탐사선 내비게이션, 현장 및 차량 검사에 사용할 수 있다.TriDAR의 행성 탐사 능력은 최근 NASA와 캐나다 우주국(CSA)이 개최한 하와이에서의 현장 실험에서 입증되었다.이러한 테스트를 위해, TriDAR은 카네기 멜론 대학의 스카라브 달 탐사 로봇에 탑재되었고, 목적지로 자동 항해를 가능하게 했다.탐사선이 목적지에 도착하자, TriDAR은 주변 지역의 고해상도 3D 영상을 획득하기 위해 사용되었고, 달 샘플을 얻기 위한 이상적인 드릴 장소를 찾았다.

TriDAR 애플리케이션은 공간에 국한되지 않는다.트라이다르 기술은 넵텍 OPAL 제품의 기본이다.OPAL은 헬리콥터 승무원의 시야가 정전이나 백아웃으로 가려졌을 때 시야를 제공한다.또한 TriDAR 기술은 자동 차량, 위험 감지, 방사선 치료 환자 배치, 대형 구조물의 조립 및 모션 캡처 또는 비디오 게임 제어를 위한 인체 추적과 같은 수많은 지상 애플리케이션에도 적용될 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b "End of the Shuttle Program Final Flight of Atlantis: Canada's Contribution" (Press release). Canadian Space Agency. 28 June 2011. Retrieved 2 July 2011.
  2. ^ MacLean, S. G.; Pinkney, H. F. L. (1993). "Machine Vision in Space". Canadian Aeronautics and Space Journal. 39 (2): 63–77.
  3. ^ Obermark, J.; Creamer, G.; Kelm, B.; Wagner, W.; Henshaw, C. Glen (2007). "SUMO/FREND: vision system for autonomous satellite grapple". Proc. SPIE. 6555: 65550. Bibcode:2007SPIE.6555E..0YO. doi:10.1117/12.720284.
  4. ^ Gebhardt, Chris (2010). "STS-131 Discovery Undocking STORRM TriDAR Highlighted". NASA Spaceflight. Retrieved 17 April 2010.
  5. ^ Presenters: Brandi Dean (17 April 2010). "STS-131 Flight Day 13: Status briefing". Status Briefings. Houston, Texas. 7:45 minutes in. NASA TV. NASA TV Media Channel.
  6. ^ Ruel, S.; English, C.; Anctil, M.; Church, P. (2005). 3DLASSO: Real-time pose estimation from 3D data for autonomous satellite servicing (PDF). 8th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (i-SAIRAS 2005). 5–8 September 2005. Munich, Germany.
  7. ^ Ruel, S.; English, C.; Anctil, M.; Daly, J.; Smith, C.; Zhu, S. (2006). "Real-time 3D vision solution for on-orbit autonomous rendezvous and docking". Proc. SPIE. 6220: 622009. Bibcode:2006SPIE.6220E..09R. doi:10.1117/12.665354.
  8. ^ Ruel, S.; Luu, T.; Anctil, M.; Gagnon, S. (2006). Target Localization from 3D data for On-Orbit Autonomous Rendezvous & Docking. 2006 IEEE Aerospace Conference. 1-8 March 2008. Big Sky, Montana. doi:10.1109/AERO.2008.4526516.
  9. ^ English, C.; Zhu, X.; Smith, C.; Ruel, S.; Christie, I. (2005). TriDAR: A hybrid sensor for exploiting the complementary nature of triangulation and LIDAR technologies (PDF). 8th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (i-SAIRAS 2005). 5–8 September 2005. Munich, Germany.
  10. ^ Deslauriers, A.; Showalter, I.; Montpool, A.; Taylor, R.; Christie, I. (2005). Shuttle TPS inspection using triangulation scanning technology. SPIE: Spaceborne Sensors II. 28 March 2005. Orlando, Florida. Bibcode:2005SPIE.5798...26D. doi:10.1117/12.603692.

외부 링크