基于圖像信息的探測器自主導(dǎo)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(duì)天體進(jìn)行近距離的科學(xué)研究。但由于深空探測目標(biāo)距地球較遠(yuǎn)，在天體著陸的過程持續(xù)時(shí)間短，靠地面測控站與深空探測器進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊已經(jīng)不能滿足深空探測的任務(wù)要求。因此，如何利用圖像信息獲得更多的科學(xué)觀測及導(dǎo)航信息是天體探測領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——“星際著陸自主特征點(diǎn)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(xué)導(dǎo)航

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

3、點(diǎn)，利用線性的2D/3D位姿估計(jì)方法進(jìn)行位姿的估計(jì)。
　　3.探測器在著陸段根據(jù)導(dǎo)航攝像機(jī)拍攝的圖像信息進(jìn)行導(dǎo)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(diǎn)進(jìn)行探測器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)。針對(duì)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(yùn)動(dòng)約束條件。
　　4.針對(duì)探測器著陸段的定位問題，研究了基于對(duì)極約束原理的幀問運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，利用基礎(chǔ)矩陣確定探測器的相對(duì)位置和姿態(tài)，通過跟蹤特征點(diǎn)位置確定求解