[发明专利]一种小天体表面导航特征区域检测方法

说明书

本发明公开的一种小天体表面导航特征区域检测方法，属于深空探测领域。本发明首先在获取到小天体的光学导航图像以后，通过局部阈值分割算法，得到小天体表面的兴趣阴影区域，建立候选导航特征区域；通过聚类分割，判断该候选区域内是否存在光亮区，将不存在光亮区的候选区域剔除；在候选导航特征区域的阴影区与光亮区之间提取过渡区域，计算过渡区域的约束条件特征参数，并将满足约束条件的候选特征区域筛选出来作为导航特征区域，生成特征点，对导航特征区域匹配，从而实现对小天体附近的相对自主光学导航。本发明要解决的问题是：在目标小天体表面特征匮乏条件下，提供一种导航精度高和算法简单、计算量小的小天体表面导航特征区域检测方法。

技术领域

本发明涉及一种自主的小天体表面导航特征区域检测方法，尤其涉及一种小天体探测器自主光学导航方法，属于深空探测领域。

背景技术

近年来，深空探测任务发展迅速，小天体探测任务日益增多，探测器飞越、接近、绕飞、着陆目标小天体已经成为未来深空探测领域的重要科学任务。由于小天体附近特有的动力学特性以及环境复杂不确知等原因，因此，对探测器各飞行阶段的导航系统提出了新的挑战。同时，深空小天体探测任务距离远、通信时延大，传统的地面深空测控网已经无法满足探测器在小天体附近探测的实时性要求，故而需要探测器本身能够具备自主导航的条件。目前，由于光学导航相机存在着体积小、质量轻、成像精度高、成本低等诸多优势，深空探测器的自主导航操作主要以光学导航为主进行。导航特征的选取检测直接关系到探测器进行自主导航时的精度，甚至关系到整个任务的成功与否，因此选取检测适合的小天体表面特征进行导航成为当前各国航天科研部门重点发展的研究方向之一。

在已发展的小天体光学导航特征检测方面，在先技术[1](参见Y.Cheng,A.E.Johnson,L.H.Matthies,and C.F.Olson.Optical landmark detection forspacecraft navigation[C].13th Annual Space Flight Mechanics Meeting,2003.)，美国JPL实验室的Yang Cheng等人将小天体表面陨石坑作为导航特征，提出了小天体表面陨石坑检测方法。方法中，首先对小天体表面陨石坑边缘进行提取，将属于同一陨石坑的边缘进行配对，剔除伪边缘，随后使用椭圆拟合的方式将正确边缘进行拟合，从而完成对小天体表面陨石坑的检测。这种检测方法只能够针对标准陨石坑进行检测，在非规则陨石坑的检测方面存在一定的拟合误差，从而对基于陨石坑特征的导航方案的导航精度造成影响。同时，利用陨石坑检测方法建立的小天体表面陨石坑数据库也存在一定程度的误差，在绝对导航过程中造成无法避免的导航误差。

在先技术[2](参见N.Rowell,M.N.Dunstan,S.M.Parkes,J.Gil-Fernández,I.Huertas,and S.Salehi.Autonomous visual recognition of known surfacelandmarks for optical navigation around asteroids[J].Aeronautical Journal,vol.119(1220),2015,pp.1193-1222.)，Rowell N.等人提出了小天体表面导航特征点的检测方法。方法中，首先对小天体表面图像进行Harris角点提取，以此为基础建立了小天体特征数据库，重建了小天体形状。随后结合建立的特征点数据库，在探测器飞行过程中，对特征点进行检测，并与数据库进行匹配，从而实现运动估计。这种导航特征点检测方法存在着特征点数量庞大，计算量大和误匹配率高等问题,不适合在探测器上进行应用。