基于圖像信息的探測器自主導航研究.pdf

1、探測器在天體表面著陸可以獲得大量天體表面的地表地貌信息、采集巖石樣本，更直觀的對天體進行近距離的科學研究。但由于深空探測目標距地球較遠，在天體著陸的過程持續(xù)時間短，靠地面測控站與深空探測器進行遠程通訊已經不能滿足深空探測的任務要求。因此，如何利用圖像信息獲得更多的科學觀測及導航信息是天體探測領域的關鍵技術之一。
　　本文結合國家自然科學基金項目——“星際著陸自主特征點跟蹤策略及誤差分析”，深入研究了基于圖像信息的探測器自主光學導航

2、算法。論文的主要研究內容及創(chuàng)新點包括:
　　1.介紹了基于圖像信息的自主導航系統(tǒng)的研究意義、背景、國內外的發(fā)展現(xiàn)狀;分析了各種自主導航方法的優(yōu)缺點及適用場合;結合深空探測以及自主光學導航的任務流程，對光學導航原理進行簡要分析。
　　2.針對探測器在進入著陸階段時所要完成的精確初始定位任務，采用SIFT算法提取天體表面的特征點，在圖像數(shù)據庫中進行匹配，解決了存在較大的旋轉和縮放時的圖像匹配問題。根據實拍圖像與圖像數(shù)據庫中的匹配

3、點，利用線性的2D/3D位姿估計方法進行位姿的估計。
　　3.探測器在著陸段根據導航攝像機拍攝的圖像信息進行導航，這就要求相鄰兩圖像間要有足夠的重合區(qū)域，從而可以提取足夠多的幀間匹配特征點進行探測器的運動參數(shù)估計。針對上述問題，研究了相鄰圖像間具有足夠重合區(qū)域的探測器運動約束條件。
　　4.針對探測器著陸段的定位問題，研究了基于對極約束原理的幀問運動估計方法，利用基礎矩陣確定探測器的相對位置和姿態(tài)，通過跟蹤特征點位置確定求解