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《哈尔滨工业大学》 2010年
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月球探测器软着陆视觉导航方法研究

姜肖楠  
【摘要】:自主导航方法作为月球探测二、三期工程的核心技术,是月球探测器定点软着陆成败的关键。视觉导航方法经过近三十年的发展,在传感器技术、芯片计算能力显著提高的推动下,具备了低成本、低功耗、高可靠性的显著优点,已经被广泛的应用在地面机器人、无人机、水下机器人的导航系统中。随着视觉处理算法的日益成熟,将视觉导航系统应用于月球探测器软着陆任务中,能够大幅度的提高探测器定点软着陆的导航精度。本文对月球软着陆中的视觉导航相关问题及其仿真方法做出了较为系统的研究。 针对月球软着陆的视觉导航和障碍识别仿真问题,提出了一种模拟月面生成方法。现有的月面地形信息无法应用在定点软着陆导航仿真中,算法将在现有的低分辨率月面高程数据的基础上,生成月面分形地形;之后,依据最新的月面地形数据库和地貌统计特征,添加月面的主要地形特征——撞击坑,并给出模拟月面的生成实例。 在分析月球软着陆视觉导航任务需求的基础上,提出了采用改进SIFT特征算法的特征匹配初始定位方法。算法在高斯差分图像的blob区域中随机选取采样点,并通过有限次迭代逼近极值点,计算相应的描述子;通过对大量不同月面地形的图像特征提取和匹配实验确定并验证了算法在不同类型月面区域中的参数设定;之后,介绍了一种基于多匹配点初始定位问题的线性解法,并使用月球表面地形模型验证了特征匹配初始定位算法的可行性。 提出了一种基于多传感器信息融合的月面障碍识别方法。在基于CCD成像的月面障碍识别研究中,主要提出了基于二维Renyi熵阈值分割的月面岩石识别方法和基于纹理分析的粗糙地形识别方法;同时在介绍一种激光成像雷达模型的基础上,提出了一种成像模拟方法,并给出了基于激光雷达数据的月面坡度计算方法,用以判断地形是否符合着陆要求;在此基础上,提出了一种基于模糊逻辑决策的CCD成像和激光雷达成像的信息融合算法,解决了多传感器条件下的月面地形安全性评估问题。 最后,对基于月面特征匹配的探测器运动估计及其非线性滤波仿真实验方法进行了研究。所提出的视觉/惯性组合导航系统能够很好的估计探测器的位置和速度信息,但是其姿态估计效果不理想。为了加快导航系统姿态估计的收敛速度、提高组合导航系统的容错性、降低估计噪声,提出了一种基于联邦UKF滤波的视觉/惯性/天文组合导航方法,并通过仿真实验验证了联邦滤波器对导航系统姿态估计的性能改进。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 尹红娟;基于改进摄像机标定的移动机器人视觉定位研究[D];燕山大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 介鸣;黄显林;卢鸿谦;;使用多尺度光流法进行探月飞行器自主视觉导航[J];传感技术学报;2007年11期
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10 王荣本,储江伟,冯炎,游峰,纪寿文;一种视觉导航的实用型AGV设计[J];机械工程学报;2002年11期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 单永正;月球探测器软着陆的制导问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 刘彬;叶丽娜;;一种基于SIFT特征的序列图像拼接算法[J];兵工自动化;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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7 杨晓霞;黄一;;外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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9 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 廖国瑞;降雨过程中不同粗糙度土表微地貌特征演变与三维模型的建立[D];华中农业大学;2010年
2 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
3 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
5 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
6 倪希亮;基于尺度不变特征的多源遥感影像配准[D];山东科技大学;2010年
7 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
8 任天宇;自稳定航拍系统算法与设计[D];长春理工大学;2010年
9 齐晓飞;基于路径识别的机器人视觉导航技术的研究[D];长春理工大学;2010年
10 郭凤华;基于卡尔曼滤波的高精度磷酸根离子分析仪的设计[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许允喜;蒋云良;陈方;;基于2D-3D双目运动估计的立体视觉定位算法[J];光电工程;2011年09期
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5 厉茂海;洪炳熔;罗荣华;;用改进的Rao-Blackwellized粒子滤波器实现移动机器人同时定位和地图创建[J];吉林大学学报(工学版);2007年02期
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10 卢惠民;张辉;杨绍武;郑志强;;一种鲁棒的基于全向视觉的足球机器人自定位方法[J];机器人;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 蔡岭;基于立体视觉的目标检测与跟踪[D];上海交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 林琳;机器人双目视觉定位技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
2 李爽;基于视觉的移动机器人定位[D];哈尔滨工程大学;2009年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 瞿端阳;王维新;马本学;韩大龙;田昊;王超;;基于MATLAB的棉株识别系统摄像头标定研究[J];新疆农机化;2013年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 王劼,崔乃刚,刘暾,李俊峰;定常推力登月飞行器最优软着陆轨道研究[J];高技术通讯;2003年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 吴筱苏;AGV的视觉引导及其控制策略研究[D];合肥工业大学;2003年
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10 金立生,王荣本,储江伟,马国胜;视觉导航自动车辆用BP神经网络数字识别方法的研究[J];计算机工程与应用;2004年14期
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3 位耀光;孙明;涂序彦;;农业机械视觉导航摄像头标定研究[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年
4 曹倩;王库;;基于农田非结构特征的视觉导航研究[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年
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8 介鸣;黄显林;;基于月面特征点配准的视觉导航[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
9 王冠林;史海庆;谭洪胜;夏慧;王宏;朱纪洪;;基于视觉导航的无人直升机自主着陆[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年
10 任小芳;黄玉美;;移动机器人的双目立体视觉导航[A];制造技术自动化学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者张兆军;两种智能车 无人可驾驶[N];科技日报;2003年
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10 本报记者 王玉玲 赵洁;自主创新实现新跨越[N];中国测绘报;2011年
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1 姜肖楠;月球探测器软着陆视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 张国权;基于视觉导航的智能车辆目标检测关键技术研究[D];兰州理工大学;2012年
3 谷雨;空中机器人视觉导航与控制若干问题研究[D];浙江大学;2009年
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5 李进;视觉导航智能车辆的路径识别和跟踪控制[D];合肥工业大学;2008年
6 沈明霞;自主行走农业机器人视觉导航信息处理技术研究[D];南京农业大学;2001年
7 陈华华;视觉导航关键技术研究:立体视觉和路径规划[D];浙江大学;2005年
8 侯建;月球车立体视觉与视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 张建畅;基于移动机械手的危险化学反应器泄漏监控与修补系统技术研究[D];河北工业大学;2008年
10 段华;室外移动机器人视觉导航关键技术研究[D];南京航空航天大学;2006年
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1 任小芳;自动导引车的视觉导航[D];西安理工大学;2005年
2 吴树锋;基于视觉的户外移动机器人道路理解与路径规划[D];西安理工大学;2005年
3 温博;月球车视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 孙海涛;基于视觉导航的智能车辆自主行驶研究[D];合肥工业大学;2005年
5 李碧春;基于视觉导航智能车辆设计与实践研究[D];合肥工业大学;2006年
6 刘微;基于边缘检测的移动机器人视觉导航方法研究[D];沈阳理工大学;2010年
7 耿明志;无人机自动着陆过程中的视觉导航技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 杜娟;基于地面特征识别的室内机器人视觉导航[D];武汉理工大学;2006年
9 陈昊;智能车视觉导航中路径识别技术的研究[D];武汉理工大学;2010年
10 刘新华;基于视觉的无人机着陆姿态检测和跑道识别[D];南京航空航天大学;2004年
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