行星及行星卫星着陆探测自主导航方法研究

发布时间：2017-10-07 21:06

  本文关键词：行星及行星卫星着陆探测自主导航方法研究

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【摘要】：导航方法是深空探测领域的重要研究内容。自主光学导航作为近年来新的导航方法得到了广泛的研究,然而传统的图像匹配方法由于计算量过大、效率低,不能很好的适用于飞行器行星及行星卫星的导航。本文的主要研究内容为:在传统图像匹配的基础上,结合图论的相关原理,研究出一种新的适用于飞行器行星及行星卫星着陆段导航的光学导航方法。本文对基于特征图形匹配的光学导航方法研究主要包括两个方面,分别为基于特征图形匹配的星图识别方法和天体表面特征匹配方法。通过星图匹配实现飞行器姿态确定,通过天体表面特征匹配确定飞行器位置、速度。特征图形匹配方法主要包括建立导航星表、图像预处理、天体表面特征点提取、特征图形构建以及特征图形匹配。首先进行星图预处理,通过内接正方体星表划分方法构建导航星表,经灰度化、反白、拉伸处理得到星点在图像坐标系的位置坐标;然后进行天体表面图片预处理,通过边缘检测、边缘标记和边缘配对提取天体表面环形山的中心点。给出特征图形的构建和匹配方法,利用特征点之间相对距离不变特性,确立特征点之间的连通规则,解决存在平移、旋转和放缩等情况下的图形匹配问题。利用多幅月面真实图片和星光图片对特征图形匹配算法进行仿真测试,仿真结果表明该方法行之有效。以所提出的特征图形匹配方法为基础,设计仿真算例对导航方法进行验证,仿真结果表明,基于特征图形匹配的光学导航方法可实时确定飞行器的位置、速度、姿态信息且精度较高,能够为飞行器行星及行星卫星精确着陆提供技术参考。
【关键词】：行星探测 自主导航 光学导航 特征图形 图形匹配 星图识别算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状及分析10-14
• 1.2.1 深空飞行器自主导航的发展现状及趋势10-11
• 1.2.2 光学导航的发展现状及趋势11-13
• 1.2.3 星图匹配理论方法的研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排14-15
• 第2章 飞行器自主导航模型15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 飞行器动力学模型15-19
• 2.2.1 坐标系定义15-16
• 2.2.2 坐标系的转换关系16-18
• 2.2.3 轨道动力学18-19
• 2.3 飞行器飞行过程19-21
• 2.4 基于特征图形匹配的光学自主导航原理21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 特征图形匹配方法23-52
• 3.1 引言23-24
• 3.2 建立导航星表24-33
• 3.2.1 基本星表的选择24-25
• 3.2.2 星图模拟25-27
• 3.2.3 导航星表构建27-33
• 3.3 图像预处理33-39
• 3.3.1 星图处理33-35
• 3.3.2 星光信息的提取35-38
• 3.3.3 天体表面图片处理38-39
• 3.4 天体表面特征点提取39-43
• 3.4.1 边缘检测40-41
• 3.4.2 边缘标记41-42
• 3.4.3 边缘配对及特征点提取42-43
• 3.5 特征图形构造及匹配43-51
• 3.5.1 特征图形构造43-45
• 3.5.2 特征图形匹配45-47
• 3.5.3 仿真算例及分析47-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 基于特征图形匹配的自主导航解算方法52-68
• 4.1 引言52
• 4.2 基于特征图形匹配的速度解算52-57
• 4.2.1 速度信息解算52-53
• 4.2.2 信息融合方法53-54
• 4.2.3 速度解算数学仿真实验54-57
• 4.3 姿态解算方法57-61
• 4.3.1 双矢量定姿原理57
• 4.3.2 多参考矢量的姿态确定57-59
• 4.3.3 统计估计的基本原理59-60
• 4.3.4 仿真实验60-61
• 4.4 飞行器着陆段导航解算61-67
• 4.5 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张广军;魏新国;江洁;;一种改进的三角形星图识别方法[J];航空学报;2006年06期

2 冯军华;崔祜涛;崔平远;田阳;;行星表面陨石坑检测与匹配方法[J];航空学报;2010年09期

3 王杰;曾佐勋;岳宗玉;胡烨;;月球主要构造特征:嫦娥一号月球影像初步研究[J];空间科学学报;2011年04期

4 黄国强;;月球探测器垂直软着陆4D轨道全局优化[J];空间科学学报;2014年03期

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本文编号：990056