深空探测巡视器视觉导航定位方法研究与地面试验场验证

地外天体表面巡视器就位探测是深空探测研究的重要手段,其自主导航定位能力是任务开展的重要前提。本文主要对视觉导航方法中的视觉同时定位与地图构建(SLAM)方案开展应用研究。介绍了当下经典的视觉SLAM框架,并以具有代表性的ORB-SLAM3算法为例开展研究;分别利用公开数据集、深空探测地面模拟场数据进行试验验证,探索视觉导航定位算法在深空探测场景下的有效性。本文研究为我国后续开展长距离连续巡视任务提供参考。     

火星探测巡航段自主导航方法研究

针对火星探测巡航段轨道导航需求,结合不同的星载敏感器提出了一种基于太阳、地球、火星及恒星信息的火星巡航段自主导航方法。该方法根据导航天体的特点,在分析不同导航天体观测模型基础上,根据地球视线矢量和火星视线矢量的可观性,结合信息融合技术,建立了基于太阳、地球、恒星观测以及太阳、火星、恒星观测两种模式下的多源天体数据融合处理方案,实现了探测器位置与速度信息的实时估计。仿真结果表明,本文方法能够有效地利用多源导航天体观测信息,为巡航轨道提供高精度的导航结果,可满足火星探测巡航段任务要求。     

从地球测绘到地外天体测绘

随着人类空间探测技术的不断发展,月球与深空探测已成为测绘遥感科学与技术的前沿和新战场。在多类型深空探测任务的驱动下,测绘遥感技术也得到了新的发展。本文结合国内外深空探测的各类任务,对地外天体环绕遥感测图、着陆导航遥感避障、巡视环境感知与视觉导航定位方面的研究现状和成果进行了系统总结;结合未来月球与深空探测任务需求,对深空遥感测绘技术的发展,包括地外天体海量全球遥感数据智能处理、全球控制网精化、月球南极精细三维形貌测绘、多传感器融合的着陆导航避障和巡视环境感知与定位等进行了探讨。     

火星形貌摄影测量技术研究

火星形貌测绘是火星探测的基本任务,高精度的火星形貌数据是火星探测器着陆区选址以及着陆器自主导航的重要保障。火星探测工程不能利用 GNSS 等手段对探测器进行精密定轨,无控制点数据辅助定位,且火星表面影像纹理信息贫乏,导致火星形貌测绘面临许多难题。本文对火星形貌摄影测量涉及的探测遥感影像几何处理、火星表面影像与激光测高数据联合平差、火星表面影像密集匹配以及火星形貌 DEM的自动提取等技术进行了研究。论文主要研究内容与结果如下。     

基于成像几何模型的火星探测器定位研究

对数亿千米之外的火星探测器进行跟踪导航定位,是火星探测的关键技术之一.目前,我国深空网尚未建成,利用中国VLBI网对火星探测器“火星快车”的定位精度仅约0.1as,难以为火星探测器的精密定轨提供数据保障.提出以遥感影像进行火星探测器几何定位的全新技术方法,利用严密传感器成像几何模型,通过地面控制点在物方空间坐标系中的坐...     

行星遥感影像目标识别与分类进展

从行星遥感海量数据中对地形地貌特征进行识别和分类,是行星科学研究中的一项重要基础工作.本文综述了自实施月球和深空探测任务以来,国际、国内采用行星影像数据进行地形地貌识别与分类技术的研究进展.首先,从月球、火星以及其他行星探测任务3个方面,对相关的探测任务和获取的影像数据进行简介.然后,在介绍通用目标识别与分类方法研究进...     

深空探测器射电跟踪数据应用研究

嫦娥探月工程"绕、落、回"三步走圆满收官,收集到大量独有的射电跟踪数据,极大地推动了中国射电跟踪数据应用方面的研究.重力场恢复是射电跟踪数据最直接的科学应用,是研究天体内部结构的重要手段,因此发掘嫦娥数据在月球重力场解算方面的贡献尤为紧迫.近年来,中国深空探测逐渐从月球向太阳系纵深发展,一方面正在实施火星探测任务,另一...     

泛地图理论下深空探测场景空间制图表达思考

以月球与行星探测为代表的深空探测活动将人类对于物理空间的认知从地球空间拓展到月球、行星乃至行星际等深空场景空间。如何构建深空探测场景下的空间位置概念、制图内容,并建立相应的制图表达机制和可视化方法,以满足深空探测工程任务实施和重大科学发现的需求,这对制图学提出了新的挑战。针对此问题,在泛地图等前沿理论的指引下,结合笔者团队在中国深空探测任务中的制图实践,对深空场景中涉及的天体卫星轨道、月球与行星、探测器本体等多尺度空间进行统一位置关联,并对所涉及的制图内容、数据、可视化技术等进行了探讨,以构建一种面向深空探测场景的天、地、器一体化空间可视化表达的制图方法。可为研制中国后续深空探测工程任务和科学研究所需的新型制图产品提供思路。     

深空探测车环境感知与导航定位技术进展与展望

环境感知与导航定位是深空探测车自动驾驶的核心技术,由于深空环境的特殊性,深空探测车的环境感知与导航定位与地球上汽车自动驾驶的相应技术相比面临独特的挑战.本文从实际工程应用和科研进展两个角度总结了深空探测车环境感知、视觉定位、路径规划等关键技术的进展,并对未来深空探测车智能感知与长距离导航定位等发展方向进行了探讨与展望.     

我国火星探测器遥控跟踪网效率分析

火星探测一直是深空探测的热点问题.根据我国火星探测器"萤火一号"在发射过程中所经历的不同轨道高度,研究我国遥控跟踪网对其的覆盖区域.另外,选取一组具体的火星探测器的轨道参数,研究我国观测网对该探测器的遥控跟踪效率,并给出结果.     

深空网及其应用

阐述了深空网的概念、主要任务、发展简史、主要构成和关键技术手段 ,概括总结了深空网在天文观测和空间探测中的意义及应用过程 ,展望了深空网的发展前景。     

深空探测器精密定轨与重力场解算系统(WUDOGS)及其应用分析

WUDOGS是武汉大学自主研发的深空探测器精密定轨与重力场解算软件系统。该软件目前已经具备月球、火星探测器的高精度定轨能力。本文首先简要介绍了WUDOGS设计思路及其主要功能,然后重点介绍了WUDOGS与国际上领先水平的行星探测器精密定轨软件系统GEODYN-Ⅱ的交叉验证测试过程。结果表明:对于探测器的轨道预报,WUDOGS与GEODYN-Ⅱ的1个月位置差异小于0.3mm,2d位置差值小于5×10-3 mm;双程测距、双程测速的理论计算值和GEODYN-Ⅱ的差值分别在0.06 mm、0.002 mm/s的水平;对月球探测器"嫦娥一号"的精密定轨显示WUDOGS和GEODYN-Ⅱ符合在2cm水平,对火星探测器MEX的精密定轨显示WUDOGS和欧空局精密轨道符合在25m水平。该软件目前的研发情况及其与国外研究水平的对比表明WUDOGS具有良好的应用前景,对满足我国后续深空探测发展的需求以及深空探测器精密定轨软件的研发具有重要意义。     

脉冲星用于深空探测器导航定位及授时的探讨

研究了脉冲星导航基本原理,分析了现有脉冲星导航定位算法,探讨了其在深空探测器自主导航定位和授时方面的应用。     

关于我国天测与测地VLBI网络未来建设的讨论

结合国内外VLBI技术发展的历史、现状与动态,从天体测量、空间大地测量和深空探测等角度,对我国天测与测地VLBI观测网络的未来建设进行了需求分析和测站配置技术指标分析。     

火星车定位与制图技术现状以及对发展中国月球车/火星车定位制图技术的建议

根据在美国研究和开发高精度火星车定位与制图技术的研究经验、以及参加勇气号和机遇号火星车任务超过4 年的业务化运行工作经验, 总结了目前国际上火星车导航定位和制图技术的现状, 对中国即将开展的月球车和火星车登陆任务在导航定位和制图方面提出建议。     

基于MGS测图段部分弧段的精密定轨及火星重力场模型解算

火星探测器精密定轨关联到火星探测任务的成功实施并为其科学目标的顺利完成提供保障,火星重力场研究除了为精密定轨服务外,还是进行火星内部结构、火星表面质量迁移及火星形成和演化的重要约束条件。基于火星探测器精密定轨及火星重力场研究的重要意义,本文利用MGS（Mars Global Surveyor）测图任务阶段近两个月的轨道跟踪数据进行了解算分析,对精密定轨结果进行了精度评价。在此基础上,进行了火星重力场模型解算,通过轨道残差、火星自由空气重力异常等方式对解算模型进行了精度评价,结果表明解算模型合理。这一研究为我国即将发射的火星探测计划“萤火一号”轨道跟踪数据用于火星重力场研究打下了基础。     

一种基于三维形貌的深空星体表面撞击坑自动提取方法

类地深空星体表面撞击坑的自动提取对着陆区选择、自主导航、星体演变研究具有重要意义。以三维形貌数据为基础,提出了一种基于等值线关系分析与形态学精确拟合的深空星体表面撞击坑自动提取方法。首先,从三维形貌数据中提取并保留满足圆度约束的等高线;其次,依据撞击坑的空间形态特征,分析这些等高线之间的相互关系,以初步确定撞击坑的位置;最后,应用形态学分析方法精确确定它们的边缘和位置信息。以月球月海带区域和火星水手峡谷东部区域的DEM数据进行实验,结果表明该方法与传统的撞击坑提取方法相比,具有更高的正确率、稳定性和实时性。     

火星探测器观测量天体引力时延量级分析

针对专门计算太阳系大天体对航天器引力时延的计算公式展开了研究.选择了有代表性的太阳、地球、木星和火星,首先从理论公式上分析了它们对航天器光行时引力时延的影响量级和特点;然后模拟了测站对地火转移轨道和环火星轨道航天器的距离、速度观测量中的引力时延项.模拟计算和理论分析显示了结果的一致性;用两种方法得到的天体引力时延对深空探测器观测量影响的特点,为实际光行时计算中各项的取舍提供了一定的参考依据.     

X射线脉冲星导航定位原理及应用

本文介绍了脉冲星的基本概念，阐述了X射线脉冲星导航定位原理及主要特点，分析了系统组成的基本要素，指出了满足未来航天任务从近地轨道、深空至星际空间飞行的持续、高精度自主导航应用需求。     

天文与深空导航学课程建设、教材编写及教学方法研究

介绍了主要的天文与深空导航手段及其精度、天文与深空导航学发展概况和课程建设背景,阐述了《天文与深空导航学》教材的主要内容和特色,总结了天文与深空导航学课程的教学方式和效果。