視覺導航在星際著陸任務(wù)中的應(yīng)用研究.pdf

1、精確自主導航是實現(xiàn)星際精確著陸的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的航跡遞推導航方法已經(jīng)無法滿足未來探測任務(wù)對著陸精度的要求,為了在遙遠的行星表面實現(xiàn)精確著陸,有必要對新型的基于視覺信息的導航方法進行研究。
　　本文針對星際著陸任務(wù)的需求,根據(jù)探測任務(wù)不同飛行階段的特點,對基于視覺測量信息的導航方法進行了研究。論文的主要內(nèi)容包括:
　　首先,對利用已知位置特征作為路標的導航方法進行了研究。在星際著陸任務(wù)的動力下降段,利用下降圖像中提取出來的

2、視覺特征與天體表面地圖進行匹配,從而得到導航特征點的位置。建立了探測器的動力學模型,然后給出了特征路標的測量模型,設(shè)計濾波器對特征的測量信息和慣性單元測量的數(shù)據(jù)進行融合,有效地抑制慣性單元的偏置誤差和系統(tǒng)測量噪聲的影響,并通過數(shù)學仿真進一步分析了導航系統(tǒng)各參數(shù)對導航精度的影響。
　　其次,研究了基于機會特征的導航方法。隨著探測器高度的下降,光學相機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越大,導致無法獲得已知位置的導

3、航路標。此時,可以利用下降圖像序列之間的共同特征用于導航。根據(jù)多個相機位姿之間的約束,建立了一種機會特征測量模型,通過導航濾波算法融合特征點測量信息和慣性測量,得到高精度的探測器狀態(tài)估計,并通過數(shù)學仿真對導航算法進行了驗證與分析。
　　最后,對探測器在最終著陸段的相對導航方法進行了研究。根據(jù)激光測距儀和光學相機的測量構(gòu)建觀測矢量,利用各觀測矢量之間的幾何關(guān)系,設(shè)計了一種簡單、易于實現(xiàn)的導航方案,對著陸器的相對位置和姿態(tài)進行解算,并