● 摘要
小行星是潜在的矿物资源，人们进行小行星探测还可以更好地认识太阳系最初的物质组成，因此各国争相开展了对小行星的探测，其中用探测器围绕小行星飞行并实现最终软着陆的深空探测计划已经着手实施。相比于一般大行星，小行星的一些重要物理参数有较大的变化范围，这是由小行星本身的特点和其多种类型造成。因此在小行星深空探测任务中，利用传统的基于地面控制技术的导航、制导与控制模式将变得十分困难。基于图像处理技术和计算机视觉测量原理的光学导航方法可以有效的应用于探测器软着陆小行星的过程中，这是由于光学导航技术具有高自主性、高精度、低成本、抗干扰、可操作和高可靠性等优点，能够在小行星复杂地形和动力学环境下为探测器提供高精度的导航信息，保证探测器准确并安全着陆。光学导航的基本原理就是利用星载导航相机对小行星表面拍照，从导航图像中提取出可视特征点，精确地跟踪这些特征点，用计算机视觉原理测量探测器到特征点的距离，并利用EKF滤波处理特征点的图像和距离信息，从而确定探测器相对目标小行星的位置信息和姿态信息。本文在总结国内外有关学者的研究成果基础上，首创提出了一种基于建立小行星地形特征数据库的自主测距与定姿方法，解决了因小行星自转周期小，特征点易溢出导航相机视野而引发的特征点无法精确跟踪的问题，从而提高了导航方法的适用性和稳定性。最后，本文通过处理NASA发布的NEAR计划中实拍的着陆阶段导航图像信息，采用数值仿真方法获得了令人满意的实验结果，充分证明了本文提出的导航滤波算法的可行性。