自主導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)作為行星探索任務(wù)的關(guān)鍵,直接影響了著陸器精確著陸及行星車進(jìn)行實(shí)地科學(xué)考察的實(shí)施效果。隨著深空探測(cè)任務(wù)的深入,傳統(tǒng)自主導(dǎo)航方式已無(wú)法滿足行星著陸任務(wù)及后續(xù)巡視漫游導(dǎo)航任務(wù)的精度要求,視覺(jué)信息能夠提供探測(cè)器的絕對(duì)位姿信息,對(duì)提高行星探測(cè)任務(wù)的導(dǎo)航精度及任務(wù)靈活性具有重要意義。本文以小天體深空探測(cè)下降段為背景,首先基于傳統(tǒng)視覺(jué)導(dǎo)航方案設(shè)計(jì)了基于固定特征庫(kù)的視覺(jué)導(dǎo)航方案,并以“隼鳥(niǎo)二號(hào)”任務(wù)的圖像數(shù)據(jù)對(duì)其導(dǎo)航精度與所存在的不足進(jìn)行了分析評(píng)估。針對(duì)探測(cè)器在下降過(guò)程中因圖像尺度等因素變化導(dǎo)致的特征匹配困難的問(wèn)題,本文研究了一種基于天體三維模型的視覺(jué)導(dǎo)航方案。該方案將傳統(tǒng)視覺(jué)導(dǎo)航方案中的二維導(dǎo)航地圖替換為目標(biāo)天體或目標(biāo)區(qū)域的三維模型,在小天體下降過(guò)程中,根據(jù)估計(jì)的探測(cè)器位姿,基于三維模型在線生成導(dǎo)航參考圖像并與下降階段真實(shí)導(dǎo)航圖像進(jìn)行特征提取與匹配,由此生成的導(dǎo)航參考圖像與真實(shí)導(dǎo)航圖像之間的位姿和尺度差異較小,因此能大大降低導(dǎo)航特征提取與匹配的難度。最后本文以視覺(jué)導(dǎo)航的位姿估計(jì)為觀測(cè)量,設(shè)計(jì)導(dǎo)航濾波器融合狀態(tài)遞推信息,對(duì)視覺(jué)導(dǎo)航方案的精度進(jìn)行了評(píng)估。 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于固定特征庫(kù)的視覺(jué)導(dǎo)航方案

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-聯(lián)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，將特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特征描述子與三維坐標(biāo)記錄，構(gòu)建起導(dǎo)航特征庫(kù)。（2）探測(cè)器在下降過(guò)程中，使用導(dǎo)航相機(jī)拍攝導(dǎo)航圖像，在線提取導(dǎo)航特征，在剔除不穩(wěn)定的邊緣區(qū)域特征后，與繞飛階段構(gòu)建的導(dǎo)航特征庫(kù)進(jìn)行特征匹配，由匹配結(jié)果索引導(dǎo)航特征點(diǎn)在天體固聯(lián)坐標(biāo)系下的誤差。（3）根據(jù)特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)與像元坐標(biāo)的匹配關(guān)系，求解PNP問(wèn)題估計(jì)探測(cè)器位姿。（4）將視覺(jué)位姿估計(jì)輸入導(dǎo)航濾波器，融合狀態(tài)遞推數(shù)據(jù)，輸出最終位姿估計(jì)結(jié)果。2.3相關(guān)坐標(biāo)系定義本文的視覺(jué)導(dǎo)航方案中使用到如下坐標(biāo)系。（1）J2000坐標(biāo)系:JJJJJoxyz：原點(diǎn)在地球質(zhì)心，JJJxoy平面為J2000時(shí)刻的地球平赤道面，JJox軸指向J2000時(shí)刻的平春分點(diǎn)（J2000時(shí)刻平赤道面與平黃道面的交點(diǎn)）。三個(gè)軸構(gòu)成右手系。（2）導(dǎo)航相機(jī)坐標(biāo)系:cccccoxyz：相機(jī)坐標(biāo)系的cccxoy平面與像平面（即CCD靶面）平行，原點(diǎn)為相機(jī)光心，ccoz軸為相機(jī)光軸，三個(gè)軸構(gòu)成右手系，如下圖：圖2-2相機(jī)坐標(biāo)系定義為計(jì)算方便，本文中取導(dǎo)航相機(jī)坐標(biāo)系與探測(cè)器本體系重合。（3）天體固聯(lián)坐標(biāo)系:gggggoxyz：原點(diǎn)為天體質(zhì)心，ggoz軸沿天體自旋軸方向，ggox軸沿天體最小慣量軸方向，三個(gè)軸構(gòu)成右手系。在本文中，天體固聯(lián)坐標(biāo)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-10-J2000坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換陣。由JAXA提供的“隼鳥(niǎo)二號(hào)”SPK文件計(jì)算獲得“隼鳥(niǎo)二號(hào)”在J2000坐標(biāo)系中的位置和“隼鳥(niǎo)二號(hào)”相機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于J2000坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換陣。依據(jù)以上相對(duì)位姿信息求解右圖拍攝時(shí)“隼鳥(niǎo)二號(hào)”相機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)于“龍宮”天體固聯(lián)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移量。（4）將步驟（2）中獲得的特征點(diǎn)在天體固聯(lián)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到“隼鳥(niǎo)二號(hào)”相機(jī)坐標(biāo)系下，然后通過(guò)相機(jī)內(nèi)參矩陣將三維點(diǎn)投影至像平面上獲得特征點(diǎn)在右圖的“正確”像素坐標(biāo)，與右圖特征點(diǎn)的“實(shí)際”像素坐標(biāo)的歐式距離即為該組匹配的誤差大校由于步驟（2）中索引特征點(diǎn)三維坐標(biāo)以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，因此認(rèn)為“正確”像素坐標(biāo)與“實(shí)際”像素坐標(biāo)距離小于5個(gè)像素即為正確匹配。圖2-3相同尺度下SIFT特征匹配結(jié)果圖2-4不同尺度下SIFT特征匹配結(jié)果以上圖2-3與圖2-4為SIFT算法對(duì)兩組圖像的匹配結(jié)果示意。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]基礎(chǔ)矩陣計(jì)算及其在立體視差估計(jì)中的應(yīng)用[D]. 張耀.西安電子科技大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3371735