【摘要】：小行星探測(cè)作為深空探測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,有著重大的科學(xué)意義。通過對(duì)小行星的探測(cè),可以了解到太陽系的起源、尋找到可以為人類所用的資源、以及找到防止小行星撞擊地球的方法。在小行星探測(cè)任務(wù)中,提高探測(cè)器導(dǎo)航系統(tǒng)的精度,可以避免探測(cè)器著陸時(shí)遇見障礙以及引導(dǎo)探測(cè)器精確著陸。在探測(cè)器下降及著陸小行星階段,傳統(tǒng)的視覺導(dǎo)航方法采集到的行星表面圖像與探測(cè)器自身攜帶的二維導(dǎo)航地圖之間在尺度、視角、光照方向等方面有著巨大的差異,這將給特征提取與匹配造成困難,進(jìn)而影響到導(dǎo)航精度。以探測(cè)器下降及著陸小行星Eros433為背景,本文提出了一種新的視覺導(dǎo)航方法,根據(jù)探測(cè)器繞飛階段采集到的信息建立目標(biāo)行星的三維模型,并根據(jù)預(yù)測(cè)的探測(cè)器的位置、姿態(tài)等信息實(shí)時(shí)生成導(dǎo)航地圖,這種方式生成的導(dǎo)航地圖與通過導(dǎo)航相機(jī)拍攝得到的目標(biāo)行星表面圖像之間差異較小,特征變化不大,從而降低了特征提取與匹配的困難。針對(duì)本文提出的導(dǎo)航方法,根據(jù)目標(biāo)行星的三維模型及預(yù)測(cè)的探測(cè)器位姿信息生成了導(dǎo)航地圖,并用將探測(cè)器的位姿及光照方向等信息稍加誤差生成的圖像模擬導(dǎo)航相機(jī)拍攝得到的真實(shí)圖像,對(duì)導(dǎo)航地圖與真實(shí)圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取與匹配以及去除誤匹配的處理之后,特征點(diǎn)的正確匹配率達(dá)到了98.74%。將正確匹配的特征點(diǎn)在導(dǎo)航地圖中的像素坐標(biāo)作為觀測(cè)量傳遞給導(dǎo)航濾波器,由于本文建立的探測(cè)器下降及著陸小行星階段的系統(tǒng)狀態(tài)方程為非線性的原因,本文使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器進(jìn)行導(dǎo)航濾波,最后估計(jì)出較為準(zhǔn)確的探測(cè)器的導(dǎo)航參數(shù)信息。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文）將在兩幅圖像中提取到的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，在特征匹配的過程中，較多誤匹配對(duì)以及匹配率較低的情況，這種情況也是傳統(tǒng)的視覺導(dǎo)航在。）從匹配成功的特征點(diǎn)對(duì)中選出一定數(shù)量的特征點(diǎn)，再返回探測(cè)器存查找就能確定所選取特征點(diǎn)的位置信息。）在完成以上步驟之后，將查找得到的特征點(diǎn)位置信息、圖像匹配后信息以及探測(cè)器下降階段所建立的動(dòng)力學(xué)模型輸入導(dǎo)航濾波器，進(jìn)而的探測(cè)器位姿信息。

基于以上思路，本文根據(jù)目標(biāo)天體三維模型進(jìn)行視覺導(dǎo)航的導(dǎo)航方法流程如下，具體實(shí)現(xiàn)框圖如下圖 2-2 所示。（1）根據(jù)繞飛階段所建立的目標(biāo)天體三維模型，結(jié)合預(yù)測(cè)的探測(cè)器的位置態(tài)信息，利用目標(biāo)天體表面光照模型以及光線方向等信息實(shí)時(shí)生成二維導(dǎo)航圖像。（2）在導(dǎo)航相機(jī)對(duì)目標(biāo)天體拍攝所得到的真實(shí)圖像中進(jìn)行特征點(diǎn)提取，并特征描述，同時(shí)采用同樣的算法對(duì)實(shí)時(shí)生成的導(dǎo)航參考圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取。（3）對(duì)從真實(shí)圖像與導(dǎo)航參考圖像中提取到的特征點(diǎn)利用特征描述符進(jìn)行匹配。在真實(shí)圖像與導(dǎo)航參考圖像差異不大的情況下，特征點(diǎn)正確匹配率較高匹配率較低，甚至可以說基本消除了誤匹配。（4）得到匹配成功的圖像特征點(diǎn)在對(duì)應(yīng)三維模型下的位置坐標(biāo)，以及得到點(diǎn)在像平面下的像素坐標(biāo)。（5）將所獲得的信息以及探測(cè)器下降階段建立的導(dǎo)航動(dòng)力學(xué)模型輸入導(dǎo)航器，通過不斷的濾波，進(jìn)而得到探測(cè)器更加準(zhǔn)的位置信息與姿態(tài)信息，，完成器的視覺導(dǎo)航工作。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V476.4;V448.2

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本文編號(hào)：2595871