第七届青年地学论坛

精准导航定位是小行星定点采样探测任务成功实施的关键。传统的惯性导航配以测距测速修正的方法受初始导航、惯性测量等多重误差影响已无法满足其安全着陆范围小、导航定位精度要求高的需求。一种可行、可靠的方法是利用光学导航相机实时拍摄影像，并与具备真实位置信息的地形特征匹配，从而实现探测器的高精度自主导航定位。但是，考虑到探测器下降过程中视野范围变小使得导航相机实时拍摄的影像特征出现大跨度尺度变化，同时由于天体体积较小、自转周期较短，相邻影像之间光照变化显著，因此有赖于建立视角、尺度自适应的地形特征库，以保障导航相机影像与地形特征的成功匹配。
针对该问题，本研究结合高精度三维地形与光照渲染技术，建立一种视角、尺度自适应的地形特征生成方法，以支撑小行星的附着/着陆采样等定点探测任务中的高精度导航定位。首先，基于近距离伴飞的光学序列影像利用运动恢复结构方法建立小行星全球初始三维形状模型；并以此为基础，利用立体光度技术重建小行星表面像素级的三维地形。其次，结合探测器预设下降轨道及预选探测点位置，筛选出合适视场范围内的局部地形；并结合当前时刻下的探测器位姿信息及太阳光照信息，利用光照渲染模型对三维地形进行渲染，得到实时视角下的地形模板影像。最后，利用核相关滤波技术，估计地形模板影像与当前影像之间的最佳位置和尺度响应，从而从地形模板影像中提取对应位置最优尺度的地形特征。通过日本隼鸟一、二号任务的序列影像以及同济大学月球与深空探测精密测绘综合实验场的无人机模拟影像等数据开展实验，初步验证该方法的有效性，可为我国未来的小行星探测任务提供支撑。

地形相对导航,地形特征,小行星探测,定点探测