The rapid proliferation of non-cooperative spacecraft and space debris in orbit has precipitated a surging demand for on-orbit servicing and space debris removal at a scale that only autonomous missions can address, but the prerequisite autonomous navigation and flightpath planning to safely capture an unknown, non-cooperative, tumbling space object is an open problem. This requires algorithms for real-time, automated spacecraft feature recognition to pinpoint the locations of collision hazards (e.g. solar panels or antennas) and safe docking features (e.g. satellite bodies or thrusters) so safe, effective flightpaths can be planned. Prior work in this area reveals the performance of computer vision models are highly dependent on the training dataset and its coverage of scenarios visually similar to the real scenarios that occur in deployment. Hence, the algorithm may have degraded performance under certain lighting conditions even when the rendezvous maneuver conditions of the chaser to the target spacecraft are the same. This work delves into how humans perform these tasks through a survey of how aerospace engineering students experienced with spacecraft shapes and components recognize features of the three spacecraft: Landsat, Envisat, Anik, and the orbiter Mir. The survey reveals that the most common patterns in the human detection process were to consider the shape and texture of the features: antennas, solar panels, thrusters, and satellite bodies. This work introduces a novel algorithm SpaceYOLO, which fuses a state-of-the-art object detector YOLOv5 with a separate neural network based on these human-inspired decision processes exploiting shape and texture. Performance in autonomous spacecraft detection of SpaceYOLO is compared to ordinary YOLOv5 in hardware-in-the-loop experiments under different lighting and chaser maneuver conditions at the ORION Laboratory at Florida Tech.


翻译:轨道上不合作的航天器和空间碎片的迅速扩散导致对轨道上维修和空间碎片清除的需求激增,其规模只能由自主飞行任务解决,但安全捕捉未知、不合作、摇摇欲坠的空间物体的先决条件是自主导航和飞行路径规划是一个尚未解决的问题。这要求实时自动航天器特征识别算法,以确定碰撞危险地点(如太阳板或天线)和安全对接功能(如卫星机体或推进器),从而可以安全、有效地规划飞行路径。该领域以前的工作显示,计算机视觉模型的性能高度依赖于培训数据集及其情景的覆盖,与部署时出现的真实情景相近。因此,算法可能在某些照明条件下降低了性能,即使对目标航天器的追击器的会合操纵条件相同。 这项工作通过对航空航天工程学生如何利用航天器形状和部件对三个航天器的特性:Landat、Envisat、Anik5 和轨道直径轨道轨道模型的性能变化图5 相对于部署中真实的情景观测轨道的轨道结构。在卫星轨道轨道上进行的观测观测结果显示,在轨道上的普通轨道和轨道上,这些轨道的轨迹系系系系系是这些在轨道的轨道的轨道上进行。

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