《分散式微小型火星漫遊器導航方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由田陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分散式微小型火星漫遊器導航方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田陽
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以NASA的 “機遇號”和“好奇號”為代表的大型單體漫遊器雖然在火星探測任務中獲得了成功，但卻未能改變每日數十米探測範圍的狀況，已經無法滿足未來深空天體探測的需求，這促使微小型漫遊器編隊協同探測概念的產生。多個漫遊器構成的編隊可以以多點同時或單點協同等多種靈活的方式高效開展行星探索。本項目以此為背景，研究微小型漫遊器協同探測所需的自主導航方法。主要研究內容包括：漫遊器編隊內部相對位姿確定，漫遊器協同全局導航以及地面仿真實驗等。通過運用歷史觀測信息和定性導航方法，解決微小型漫遊器相對定位中的欠觀測問題；提出基於稀疏格線的估計方法，解決漫遊器協同導航中的大規模非線性估計問題；建立單路標點分散式協同SLAM方法，解決地圖構建過程中由系統模型維數動態變化造成的計算複雜度高、容錯性差的問題，形成一套完整的微小型漫遊器自主導航方法。本研究可為我國未來的行星表面探索任務提供方案借鑑和理論支撐。
結題摘要
由微小型漫遊器組成編隊對火星等深空天體展開探索，具有探測範圍大、可靠性高和研製生產成本低等優勢。但是實現漫遊器編隊探測深空天體，需要解決編隊內部相對位置確定和編隊整體定位問題。 本項目通過對深空天體表面特徵檢測與匹配方法、地形相關導航方法以及基於稀疏格線的估計方法的深入研究，建立了火星表面地形特徵、廣義特徵魯棒檢測與匹配方法，構建了基於路標點的漫遊器間相對導航方法，構建了基於稀疏格線的高斯濾波方法和積分點繼承策略，以及單路標點分散式協同SLAM方法，建立了基於集合描述的三維地形特徵匹配方法以及導航特徵資料庫構建與快速查詢方法等，形成了漫遊器編隊內部相對導航和編隊全局定位方法。創新性的研究成果包括：通過對圖像特徵提取與匹配方法深入研究，建立的仿射SURF特徵檢測方法有效的提高了強仿射變化條件下的圖像特徵檢測精度，使特徵誤匹配率和計算量下降；針對火星表面地形建立的三維特徵檢測與匹配方法，創新性的引入集合描述特徵，並利用集合相似性匹配特徵，有效的解決了顯著性較低帶來的特徵難以匹配的問題；提出的導航資料庫構建方法通過特徵相似性和空間分布篩選入庫特徵，在減小了資料庫尺寸同時也減少了誤匹配現象，並使導航定位精度得到提高；提出的基於稀疏格線的濾波方法通過積分點繼承策略保留了系統高階矩信息，提高了預測狀態精度，從而提高了狀態估計精度。這些針對火星漫遊器展開的研究，其研究成果不但解決了火星漫遊器相對/全局導航中的共性問題，同時也對機器人、太空飛行器導航領域中的相關問題有重要的借鑑意義。
