摘要：

月球探測器的自主導航方法是探月工程的核心技術之一.本課題來源于國家自然科學基金重點資助項目"月球探測系統(tǒng)的建模,傳感,導航和控制基礎理論及關鍵技術研究".目前,基于計算機視覺的導航方法,已成為深空探測領域的研究熱點之一.本文對月球探測器在軟著陸階段的自主視覺導航技術進行了深入的研究.論文的主要研究內(nèi)容包括: 針對月面探測器在進入軟著陸階段時所要完成的精確初始定位任務,提出了一種基于月球地貌匹配的初始定位方法.在初始定位時,與探測器固聯(lián)的CCD相機所拍攝的月面圖像相對于圖像數(shù)據(jù)庫存在較大的旋轉(zhuǎn)和縮放.采用Scale Invariant Feature Transform(SIFT)算法提取月球地貌特征并進行匹配,克服了存在較大的旋轉(zhuǎn)和縮放的圖像的匹配問題.利用線性的2D/3D位姿估計方法計算位姿的估計初值,然后利用非線性最小二乘方法結合四元數(shù)方法計算出探測器在月球地理坐標系下的絕對位置和姿態(tài).仿真結果表明該方法可以有效的解決月球探測器的精確初始定位問題. 在月球探測器的動力下降階段,導航相機所拍攝的圖像在相鄰時刻之間的相對運動較大,傳統(tǒng)的特征跟蹤方法無法同時滿足精度和魯棒性的要求.針對上述問題,使用基于圖像金字塔的多尺度光流法,在圖像間相對運動較大的情況下實現(xiàn)了對特征點的可靠跟蹤.利用魯棒最小二乘方法,估計出探測器在下落過程中不同時刻之間的相對剛體運動參數(shù).在線性方法得到的估計初值的基礎上,本文提出了基于改進光束約束法的非線性優(yōu)化方法,進一步的提高運動參數(shù)估計值的精度. 為了實現(xiàn)月球探測器的六自由度位姿估計,提出了一種基于對偶四元數(shù)和Unscented卡爾曼濾波器的視覺導航方法.通過基于對偶四元數(shù)的位姿計算,建立了探測器的位姿估計方程.在此基礎上,根據(jù)探測器的在動力下降階段的運動模型建立了非線性狀態(tài)方程,并通過構造特征點三角形以及結合激光測距儀數(shù)據(jù)建立了觀測方程.考慮到狀態(tài)方程和觀測方程均為非線性方程,利用Unscented卡爾曼濾波方法估計探測器的位置和姿態(tài).數(shù)值仿真表明該方法可行. 在月球探測器的垂直下降段,為了實現(xiàn)危險區(qū)域的識別,通過運動獲得長基線并進行立體視覺三維重構.對立體匹配方法進行了深入的研究,并提出了結合使用盒濾波和單向唯一性檢測的方法提高立體匹配的實時性.針對長基線立體視覺方法所存在的問題,設計了一系列的算法,實現(xiàn)了立體圖像對的預處理和校正,利用匹配結果進行三維重構.最后,本文提出了一種圖像形態(tài)學的處理方法,并通過該方法選擇合適的著陸點. 為了進一步的提高危險區(qū)域識別可靠性,通過二維圖像分析進行障礙物提取.利用圖像分割的方法獲得圖像中由障礙物形成的陰影區(qū)域,并對基于閾值的分割方法和基于聚類的分割方法進行了仿真對比.提出了使用橢圓匹配的方法匹配巖石的陰影區(qū)域,獲得巖石的尺寸和位置.最后結合紋理分析的方法得到完整的危險區(qū)域分布圖,用于探測器的危險回避.仿真的結果可以證明本文提出的危險區(qū)域識別算法的有效性.

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的月球探测器中的计算机技术,月球探测器自主视觉导航技术的研究的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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