行星及行星卫星着陆探测自主导航方法研究

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1、硕士学位论文行星及行星卫星着陆探测自主导航方法研究RESEARCHONAUTONOMOUSNAVIGATIONFORPLANETSANDMOONSLANDINGEXPLORATION任筱强哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V448.11学校代码：10213国际图书分类号：623密级：公开工学硕士学位论文行星及行星卫星着陆探测自主导航方法研究硕士研究生：任筱强导师：穆荣军副教授申请学位：工学硕士学科、专业：飞行器设计所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.11U.D.C:623Dissertationforthe

2、MasterDegreeinEngineeringRESEARCHONAUTONOMOUSNAVIGATIONFORPLANETSANDMOONSLANDINGEXPLORATIONCandidate：RenXiaoqiangSupervisor：AssociateProf.MuRongjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：Dept.ofAstronauticsEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferrin

3、g-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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

5、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I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNavigationmethodisanimportantresearchcontentsindeepspaceexploration.Autonomousopticalnavigationisanewnavigationmethodwhichhasbeenwidelyusedinrecentyears.Howeve

6、rthetraditionalimagematchingmethodcannotapplytoaircraft'snavigationforplanetsandmoonslandingexplorationverywellwithlargecalculationquantityandlowefficiency.Themainstudyingcontentsofthisthesisaredevelopinganewmethodofopticalnavigationwhichappliestoplanetsandmoonslandingexplorationaircraft,basedongra

7、phtheoryandimagematchingmethod.Theprincipalresearchofopticalnavigationmethodbasedthecharacterizedgraphicsmatchingincludestwoaspects:thestarmaprecognitionmethodandtheobject'ssurfacefeaturesmatchingmethod.Det