摘要：对天问一号双目视觉避障技术的组成、方案及原理进行了介绍,通过图像障碍识别和双目立体地形感知完成天问一号降落过程中的安全着陆点自动选取。通过高分辨率双目匹配和亚像素插值处理,提高远距离双目测量精度;在计算资源严格受限的条件下,采用FPGA作为硬件加速平台,通过功能模块的并行化和流水线设计,提高计算视差和三维信息的速度;为克服在轨恶劣环境导致的参数变化,设计在轨自标定方法实现双目对正参数表的自主更新;开展了地面试验和在轨应用,验证了双目视觉避障技术的有效性,实现2 K×2 K高分辨率双目稠密匹配,匹配用时1 s;三维地形测量精度达到6.4 cm@70 m,坡度识别精度0.5°;双目避障系统成功完成了在轨自标定处理,在轨图像能够有效恢复天问一号着陆点区域的三维地形。

摘要：针对天问一号探测器进入、下降和着陆(EDL)过程的大动态、强不确定性给导航系统带来的挑战,基于多敏感器信息融合理论,设计了天问一号探测器高容错强自主着陆导航算法,以实现在EDL过程大不确定性、多敏感器故障以及陀螺饱和带来的姿态基准丢失情况下的导航状态准确可靠估计。天问一号探测器实际在轨飞行结果验证了自主导航系统设计的正确性和有效性。

摘要：为实现行星定点着陆,针对E制导和零控位移偏差/零控速度偏差(ZEM/ZEV)制导的不足,提出多约束下动力下降最优反馈制导方法。首先,在分析E制导性质的基础上,提出制导时长初值的高效选取方法和基于预测校正的优化方法,经少量迭代实现在推力范围受限且连续变推力约束下推进剂消耗接近最优。接着,提出基于碰撞规避时长和推力优化分配律的地平碰撞规避方法,并在此基础上利用坐标系旋转,给出满足下滑角约束的碰撞规避方法,显著提高碰撞规避能力和着陆点可见性。之后,提出匀速转动制导和基于预测校正的组合制导参数规划方法,使制导终端扩充满足加速度约束。最后,数学仿真表明新方法有效,多约束适应性强,计算量相对小,适合工程应用。

摘要：针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。

摘要：针对地外天体的巡视探测任务,环境感知计算量大影响行走效率的问题,提出了立体视觉算法及并行优化设计与硬件协同来提高效率的方案。通过前向模型一次查表、省略冗余计算、三维点云生成与快速滤波等并行优化算法,立体视觉的计算量显著减少。再通过硬件的并行实现,感知效率比“玉兔二号”提升了8倍。“祝融号”火星车采用该算法自主避障,完成了安全高效的1 km行走距离,飞行在轨验证结果表明该设计在地外天体未知环境和资源约束条件下快速有效,可作为后续深空任务的基石。

摘要：针对行星漫游器地形相关导航中的地形匹配问题,提出一套三维地形特征提取匹配方法。该方法通过特征邻域散布矩阵特征值检测凸起和凹陷地形,以特征间距离和方向为元素构成三维特征描述集合,并引入集合相似理论判别特征是否匹配。由于采用特征之间的相对位置关系描述特征,从而提高了稀疏三维点云条件下地形特征的显著性。仿真结果表明,对于激光雷达(Li DAR)获取的三维地形数据,所提方法在特征重复检出率和正确匹配率方面优于现有方法,能够满足行星漫游器导航对地形匹配的要求。

摘要：地外天体捕获制动过程是实现载人月球、火星等深空天体探测任务的关键步骤之一,捕获制动控制误差影响极大,捕获效果直接决定着整个任务的成败。对国内外月球和火星天体捕获制动过程的控制技术进行了调研,对捕获制动策略进行了分析和对比,为我国相关探测任务的捕获制动控制系统的设计提供参考。

摘要：针对非线性导航系统中状态估计可观性与导航精度之间的关系,采用基于误差方差阵特征值分解的可观度分析方法,结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对非线性预测滤波(NPF)算法进行改进,推导改进预测滤波的误差协方差矩阵,并对其进行特征值分解.分析特征值和特征向量与导航精度的关系,以小天体探测器着陆自主导航系统为例进行仿真验证,与EKF导航精度比较的基础上验证改进的NPF算法的有效性和精确性,并分析不同误差因素(模型误差,陀螺噪声,陆标误差)对可观度的影响,为航天器实际过程中自主导航系统的滤波器设计提供参考.

摘要：针对小天体形状不规则、质量不均匀导致模型建立不准确的问题,研究基于改进的预测滤波实现自主着陆过程中精确导航的关键技术。在导航算法设计中,首先建立了小天体引力场模型,并建立了导航系统运动学模型,然后建立了基于惯性测量单元、光学相机及测速敏感器多信息融合的测量模型,结合扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)算法对非线性预测滤波(Nonlinear Predictive Filter, NPF)算法进行改进,在该导航算法下,对系统的可观性进行了分析。仿真结果表明:在引力不确定性引起的模型不准确度下,该方法可实时估计模型误差,在与EKF导航精度比较的基础上验证了改进的NPF算法的有效性和精确性。

摘要：针对未知地形和障碍下火星软着陆精确避障问题,本文提出一种利用未知陆标序列图像测量的火星软着陆自主导航避障方法.该方法仅利用单目相机和惯性测量敏感器,以初始时刻星下点天南东系为着陆参考坐标系,利用火星表面未知陆标在连续两幅下降图像中的单位视线矢量测量及探测器状态估计建立未知陆标的隐式测量模型,通过EKF利用所建立的未知陆标隐式测量模型和基于IMU测量建立的运动学模型对探测器的运动状态进行估计,进而根据估计的探测器相对目标着陆点的位置和速度利用改进的四次多项式制导律完成避障制导控制.数学仿真表明,提出的方法可有效估计探测器相对于目标着陆点的位置和速度,并实现精度优于0.5 m的水平方向避障,从而满足火星软着陆安全避障的要求.