火星漫游器SLAM方法研究
发布时间：2021-01-09 21:41
随着人类对深空探索的不断深入与航天技术的蓬勃发展,新时期太空任务对漫游器在行星表面探测的自主导航技术提出了挑战。漫游器的自主导航技术作为行星探测任务的关键,直接影响漫游器实地巡视探测的可靠性和科学回报率。鉴于火星表面环境复杂、机载计算机能力有限、任务巡视范围扩大等情况,传统的基于航迹递推的漫游器探测方式已经无法满足未来深层次探测任务的需要。SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）同时定位与地图构建技术作为一种新型的导航体系应用于行星表面探测任务中,是行星表面完备导航的重要支撑。因此,有必要研究发展新一代基于SLAM技术的漫游器自主导航算法。本学位论文结合国家自然科学基金项目“火星大范围漫游探测协同导航与控制方法研究”和上海宇航系统工程研究所项目“火星车自主导航地面试验验证原理样机研制”,针对火星表面特殊环境的特点,对火星漫游器在巡视任务阶段的SLAM算法进行了深入研究,论文的主要研究内容包括以下几个方面:第一,对EKF（Extended Kalman Filter,扩展卡尔曼滤波）框架下火星漫游器SLAM算法中计算复杂度的问题进行了研究。在...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
火星任务探测器全家福[图片引用源https://www.planetary.org/multimedia/space-images/]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文图1-2“好奇”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/msl/home/]Fig.1-2EffectivepayloadsofCuriosityMarsrover其中9个工程相机、7个科学相机、7个进入段与着陆段相机，是目前火星漫游器发展的最高水平。“火星2020”号火星漫游器会继续“机遇”号和“好奇”号的任务，对火星地质进行进一步分析，研究火星地质的演化进程，继续探索生命存在的可能性[47]。相比于此前的火星漫游器，“火星2020”号漫游器是单体漫游器发展的最高水平，具备更高的智能化设计，能够自主导航、自主检测、自主避障和自主规划，具有更加完备的系统支持[48,49]。图1-3“火星2020”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/mars2020/]Fig.1-3EffectivepayloadsofMarsrover2020图1-4为火星漫游器发展总结。关于火星漫游器的发展，已经完成巡视任务的漫游器有“索杰纳”号、“勇气”号和“机遇”号，“索杰纳”号导航方式为传统的航迹递推模式，“勇气”号和“机遇”号导航方式为惯性与视觉导航组合；正在开展巡视任务的漫游器主要是“好奇”号，采用惯性与视觉导航组合的导航方式；未来计划巡视任务的漫游器有美国NASA研制的“火星2020”号漫游器、欧空局研-6-
哈尔滨工业大学工学博士学位论文图1-2“好奇”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/msl/home/]Fig.1-2EffectivepayloadsofCuriosityMarsrover其中9个工程相机、7个科学相机、7个进入段与着陆段相机，是目前火星漫游器发展的最高水平。“火星2020”号火星漫游器会继续“机遇”号和“好奇”号的任务，对火星地质进行进一步分析，研究火星地质的演化进程，继续探索生命存在的可能性[47]。相比于此前的火星漫游器，“火星2020”号漫游器是单体漫游器发展的最高水平，具备更高的智能化设计，能够自主导航、自主检测、自主避障和自主规划，具有更加完备的系统支持[48,49]。图1-3“火星2020”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/mars2020/]Fig.1-3EffectivepayloadsofMarsrover2020图1-4为火星漫游器发展总结。关于火星漫游器的发展，已经完成巡视任务的漫游器有“索杰纳”号、“勇气”号和“机遇”号，“索杰纳”号导航方式为传统的航迹递推模式，“勇气”号和“机遇”号导航方式为惯性与视觉导航组合；正在开展巡视任务的漫游器主要是“好奇”号，采用惯性与视觉导航组合的导航方式；未来计划巡视任务的漫游器有美国NASA研制的“火星2020”号漫游器、欧空局研-6-
【参考文献】：
期刊论文
[1]Robust dense reconstruction by range merging based on confidence estimation[J]. Yadang CHEN,Chuanyan HAO,Wen WU,Enhua WU. Science China（Information Sciences）. 2016(09)
[2]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[3]基于多新息理论的EKF算法研究[J]. 吕国宏,秦品乐,苗启广,刘毛毛,焦蓬斐. 小型微型计算机系统. 2016(03)
[4]多AUV协同导航问题的研究现状与进展[J]. 徐博,白金磊,郝燕玲,高伟,刘亚龙. 自动化学报. 2015(03)
[5]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[6]一种卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的非线性滤波算法[J]. 夏楠,邱天爽,李景春,李书芳. 电子学报. 2013(01)
[7]好奇心号巡视器及其特点分析[J]. 岳宗玉,邸凯昌. 航天器工程. 2012(05)
[8]基于视觉和MEMS-IMU融合的火星车导航定向技术[J]. 娄路. 航天控制. 2012(04)
[9]基于地面图像和卫星图像集成的火星车定位新方法[J]. 邸凯昌,岳宗玉,刘召芹. 航天器工程. 2010(04)
[10]自适应EKF在被动跟踪中的应用研究[J]. 沈文亮,方玲炜. 无线电工程. 2007(05)
博士论文
[1]行星着陆巡视自主视觉导航方法研究[D]. 余萌.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：2967447
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
火星任务探测器全家福[图片引用源https://www.planetary.org/multimedia/space-images/]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文图1-2“好奇”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/msl/home/]Fig.1-2EffectivepayloadsofCuriosityMarsrover其中9个工程相机、7个科学相机、7个进入段与着陆段相机，是目前火星漫游器发展的最高水平。“火星2020”号火星漫游器会继续“机遇”号和“好奇”号的任务，对火星地质进行进一步分析，研究火星地质的演化进程，继续探索生命存在的可能性[47]。相比于此前的火星漫游器，“火星2020”号漫游器是单体漫游器发展的最高水平，具备更高的智能化设计，能够自主导航、自主检测、自主避障和自主规划，具有更加完备的系统支持[48,49]。图1-3“火星2020”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/mars2020/]Fig.1-3EffectivepayloadsofMarsrover2020图1-4为火星漫游器发展总结。关于火星漫游器的发展，已经完成巡视任务的漫游器有“索杰纳”号、“勇气”号和“机遇”号，“索杰纳”号导航方式为传统的航迹递推模式，“勇气”号和“机遇”号导航方式为惯性与视觉导航组合；正在开展巡视任务的漫游器主要是“好奇”号，采用惯性与视觉导航组合的导航方式；未来计划巡视任务的漫游器有美国NASA研制的“火星2020”号漫游器、欧空局研-6-
哈尔滨工业大学工学博士学位论文图1-2“好奇”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/msl/home/]Fig.1-2EffectivepayloadsofCuriosityMarsrover其中9个工程相机、7个科学相机、7个进入段与着陆段相机，是目前火星漫游器发展的最高水平。“火星2020”号火星漫游器会继续“机遇”号和“好奇”号的任务，对火星地质进行进一步分析，研究火星地质的演化进程，继续探索生命存在的可能性[47]。相比于此前的火星漫游器，“火星2020”号漫游器是单体漫游器发展的最高水平，具备更高的智能化设计，能够自主导航、自主检测、自主避障和自主规划，具有更加完备的系统支持[48,49]。图1-3“火星2020”号漫游器有效载荷[图片引用源https://mars.nasa.gov/mars2020/]Fig.1-3EffectivepayloadsofMarsrover2020图1-4为火星漫游器发展总结。关于火星漫游器的发展，已经完成巡视任务的漫游器有“索杰纳”号、“勇气”号和“机遇”号，“索杰纳”号导航方式为传统的航迹递推模式，“勇气”号和“机遇”号导航方式为惯性与视觉导航组合；正在开展巡视任务的漫游器主要是“好奇”号，采用惯性与视觉导航组合的导航方式；未来计划巡视任务的漫游器有美国NASA研制的“火星2020”号漫游器、欧空局研-6-
【参考文献】：
期刊论文
[1]Robust dense reconstruction by range merging based on confidence estimation[J]. Yadang CHEN,Chuanyan HAO,Wen WU,Enhua WU. Science China（Information Sciences）. 2016(09)
[2]火星探测发展历程与未来展望[J]. 于登云,孙泽洲,孟林智,石东. 深空探测学报. 2016(02)
[3]基于多新息理论的EKF算法研究[J]. 吕国宏,秦品乐,苗启广,刘毛毛,焦蓬斐. 小型微型计算机系统. 2016(03)
[4]多AUV协同导航问题的研究现状与进展[J]. 徐博,白金磊,郝燕玲,高伟,刘亚龙. 自动化学报. 2015(03)
[5]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[6]一种卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的非线性滤波算法[J]. 夏楠,邱天爽,李景春,李书芳. 电子学报. 2013(01)
[7]好奇心号巡视器及其特点分析[J]. 岳宗玉,邸凯昌. 航天器工程. 2012(05)
[8]基于视觉和MEMS-IMU融合的火星车导航定向技术[J]. 娄路. 航天控制. 2012(04)
[9]基于地面图像和卫星图像集成的火星车定位新方法[J]. 邸凯昌,岳宗玉,刘召芹. 航天器工程. 2010(04)
[10]自适应EKF在被动跟踪中的应用研究[J]. 沈文亮,方玲炜. 无线电工程. 2007(05)
博士论文
[1]行星着陆巡视自主视觉导航方法研究[D]. 余萌.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：2967447
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