視覺(jué)導(dǎo)航在星際著陸任務(wù)中的應(yīng)用研究.pdf

1、精確自主導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)星際精確著陸的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的航跡遞推導(dǎo)航方法已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)探測(cè)任務(wù)對(duì)著陸精度的要求,為了在遙遠(yuǎn)的行星表面實(shí)現(xiàn)精確著陸,有必要對(duì)新型的基于視覺(jué)信息的導(dǎo)航方法進(jìn)行研究。
　　本文針對(duì)星際著陸任務(wù)的需求,根據(jù)探測(cè)任務(wù)不同飛行階段的特點(diǎn),對(duì)基于視覺(jué)測(cè)量信息的導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究。論文的主要內(nèi)容包括:
　　首先,對(duì)利用已知位置特征作為路標(biāo)的導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究。在星際著陸任務(wù)的動(dòng)力下降段,利用下降圖像中提取出來(lái)的

2、視覺(jué)特征與天體表面地圖進(jìn)行匹配,從而得到導(dǎo)航特征點(diǎn)的位置。建立了探測(cè)器的動(dòng)力學(xué)模型,然后給出了特征路標(biāo)的測(cè)量模型,設(shè)計(jì)濾波器對(duì)特征的測(cè)量信息和慣性單元測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,有效地抑制慣性單元的偏置誤差和系統(tǒng)測(cè)量噪聲的影響,并通過(guò)數(shù)學(xué)仿真進(jìn)一步分析了導(dǎo)航系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)導(dǎo)航精度的影響。
　　其次,研究了基于機(jī)會(huì)特征的導(dǎo)航方法。隨著探測(cè)器高度的下降,光學(xué)相機(jī)獲得的下降圖像與地圖圖像之間的地面像元分辨率差別也越來(lái)越大,導(dǎo)致無(wú)法獲得已知位置的導(dǎo)

3、航路標(biāo)。此時(shí),可以利用下降圖像序列之間的共同特征用于導(dǎo)航。根據(jù)多個(gè)相機(jī)位姿之間的約束,建立了一種機(jī)會(huì)特征測(cè)量模型,通過(guò)導(dǎo)航濾波算法融合特征點(diǎn)測(cè)量信息和慣性測(cè)量,得到高精度的探測(cè)器狀態(tài)估計(jì),并通過(guò)數(shù)學(xué)仿真對(duì)導(dǎo)航算法進(jìn)行了驗(yàn)證與分析。
　　最后,對(duì)探測(cè)器在最終著陸段的相對(duì)導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究。根據(jù)激光測(cè)距儀和光學(xué)相機(jī)的測(cè)量構(gòu)建觀測(cè)矢量,利用各觀測(cè)矢量之間的幾何關(guān)系,設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)航方案,對(duì)著陸器的相對(duì)位置和姿態(tài)進(jìn)行解算,并