申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2021-03-01

公开（公告）日：2022-08-23

公开（公告）号：CN112985420B

主分类号：G01C21/24

分类号：G01C21/24;G01C21/20;G01C11/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.08.23#授权;2021.07.06#实质审查的生效;2021.06.18#公开

摘要：本发明涉及小天体附着光学导航特征递推优选方法，属于深空探测技术中自主导航领域。该方法在给定的相机采样时间间隔下，依据标称轨迹递推得到不同时刻下着陆器位置，利用相机参数计算出对应时刻下可见视场范围，得到一组序列可视范围；在附着开始阶段利用预估序列可视范围，以Cramér‑Rao下界为性能指标，实现对序列可视范围内光学导航特征的优化选取。本发明通过特征递推优化选取方法，降低星载计算机计算量，提高导航精度。

主权项：1.一种小天体附着光学导航特征递推优化选取方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：建立小天体附着动力学模型、光学导航观测模型并确定附着标称轨迹；在小天体固连坐标系下，小天体附着动力学模型为： 其中，r表示着陆器位置矢量；v表示着陆器速度矢量；T表示着陆器控制力加速度矢量；m表示着陆器质量；ω为小天体自转角速度；▽Ur为小天体引力加速度矢量；vex为逃逸速度，表示为vex＝Ispg0，Isp为比冲，g0为地球表面重力加速度；边界条件约束： 其中，r0,rf分别为着陆器初始位置和终点位置，v0,vf分别为着陆器初始速度和末端速度，mwet为着陆器初始质量；r0,v0分别为着陆器在初始时刻的位置和速度，rtf,vtf分别为着陆器在末端时刻的位置和速度，m0为着陆器在初始时刻的质量；以SIFT特征点、角点和陨石坑中心点作为观测特征点；小天体表面上任一导航路标点pj在任一下降附着图像中检测的特征点测量量为： 其中，uj,vj表示导航路标点pj在图像坐标系下的像素坐标，f表示相机焦距，Cxj,Cyj,Czj表示导航路标点pj在相机坐标系下位置矢量的三轴分量，满足 式中，Cq表示附着点坐标系到相机坐标系的姿态矩阵；Lpj表示导航路标点pj在附着点坐标系中的位置矢量；Cpj为中间变量，Lr表示着陆器在附着点坐标系下的位置；为了实现着陆器精确附着，导航系统需要确定着陆器在附着点坐标系下的位置、速度信息；因此定义导航系统状态如式5所示；x＝[LrTLvT]T5式中，Lr和Lv分别表示着陆器在附着点坐标系下的位置和速度；根据式1得到导航系统状态方程如下： 其中，nn表示系统噪声，其各分量为互不相关的高斯白噪声；观测特征点的观测方程为：Uj＝hux+vu7其中，vu表示特征点的测量误差，为互不相关的高斯白噪声，hux为观测特征点的测量量；根据式7及所需约束条件得到标称轨迹tra，tra＝a*8其中，a*表示标称轨迹；步骤二：递推光学相机在每一采样时刻的视场范围；首先，通过步骤一得到的标称轨迹确定着陆过程中各时刻着陆器的位置；相机始终垂直于着陆点所在平面，水平视场角与垂直视场角相等；光学相机的采样时间序列为t0,t1,...,tn，表达式如式9所示；ti+1-ti＝Δti＝1,2,...,n-19其中，Δt表示采样时间间隔；相机视场范围表示为：以相机在着陆点所在平面的投影点为中心点，边长为l的正方形区域；在ti时刻下，视场范围边长li表示如下：li＝2sitanfov210其中， fov表示相机视场角，si表示在ti时刻着陆器到着陆点所在平面的距离，ri表示在ti时刻着陆器的位置矢量，为垂直于着陆点所在平面的法向向量；步骤三：对不同采样时刻视场范围中特征进行优化选取，实现着陆器在附着过程中利用动态特征导航，保证较高导航精度，同时，避免实时处理图像，降低星载计算机计算负担；Fisher信息矩阵F如式12所示； 其中，σj表示观测噪声标准差，各特征点观测噪声标准差一致，N为导航路标点数量；当导航路标点个数为N时，同一时刻不同路标点在Czj方向上坐标分量近似相等，即Cz1≈…≈CzN＝Cz，则着陆器位置的Fisher信息矩阵为 其中，C表示姿态矩阵Cq的简写形式，不同观测量噪声强度相同；利用Cramér-Rao不等式判断待估状态估计量方差的公共下界；结合式12，估计误差方差阵P*的迹如式14； 式中，λj表示Fisher信息矩阵的特征值；结合式13和14得到N个导航路标点情况下着陆器位置误差下限； 利用上式对图像中特征点进行优化选取；对步骤二得到的序列视场范围中特征点进行筛选，性能指标如式16，选取N个特征点作为观测特征点； 步骤四：利用步骤三选取的观测特征点进行导航，实现精确附着。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京理工大学 小天体附着光学导航特征递推优选方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD