[发明专利]小行星表面光学导航路标评价选取方法

权利要求书

1.小行星表面光学导航路标评价选取方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：在导航相机图像中利用图像处理算法对小行星表面陨石坑进行检测、提取、拟合与定位，得到拟合的椭圆方程；

步骤2：利用步骤1中拟合的椭圆方程，根据误差不确定性传播特性，求取误差协方差矩阵

步骤3：利用误差协方差矩阵求取每个陨石坑的误差椭圆，用误差椭圆长短半轴a和b来评价陨石坑导航路标的观测不确定性；

步骤4：比较不同陨石坑的评价参数a和b以选取最优的陨石坑导航路标，提高深空探测器导航路标选取的精确性；

步骤4选取准则为：当步骤1中检测提取到m个陨石坑导航路标时，第j个陨石坑的误差椭圆参数为(a_j,b_j)，期望选取的陨石坑导航路标数量为N，目标函数J即从检测提取到的m个陨石坑中随机选取N个陨石坑，使所述N个陨石坑误差椭圆的长短半轴a和b平方和最小，选取的N个陨石坑即是m个陨石坑导航路标中观测误差最小的最优路标；最优路标选取问题的数学模型如下所示

a_j＜c₂

b_j＜c₃

其中，w_j称为决策变量，用于从m个陨石坑中随机选取N个陨石坑；c₁,c₂和c₃是观测精度约束；满足最优路标选取问题的解即为选取小行星表面最优的导航路标，提高深空探测器导航路标选取的精确性。

2.如权利要求1所述的小行星表面光学导航路标评价选取方法，其特征在于：还包括步骤5，基于步骤4选取的最优陨石坑导航路标确定深空探测器的位置姿态，从而提高深空探测器位置姿态的导航精度。

3.如权利要求1或2所述的小行星表面光学导航路标评价选取方法，其特征在于：步骤1实现方法为，

读取光学相机拍摄到的目标行星表面地形图像之后，基于图像处理算法对图像进行陨石坑边缘的检测和提取，则得到小行星表面的陨石坑信息即陨石坑边缘点的像素值；当观测陨石坑边界点不少于五个时，通过椭圆拟合算法确定陨石坑拟合椭圆方程的系数B,C,D,E,F，进而得到陨石坑边缘的拟合椭圆方程为x²+2Bxy+Cy²+2Dx+2Ey+F＝0；通过形心公式确定拟合椭圆的中心O(x₀,y₀)，实现陨石坑的定位；

4.如权利要求3所述的小行星表面光学导航路标评价选取方法，其特征在于：步骤2实现方法为，

对每一个陨石坑导航路标，对n个边缘点写出n个椭圆方程，通过观测误差V求得椭圆方程系数的协方差矩阵P，根据协方差传播律，由椭圆方程系数的协方差矩阵P产生每个陨石坑的观测误差协方差矩阵

H是由步骤1中的形心公式对椭圆方程系数B,C,D,E,F求偏导构成的矩阵；

5.如权利要求4所述的小行星表面光学导航路标评价选取方法，其特征在于：步骤2具体实现方法为，

对每个陨石坑导航路标，存在n个边缘点为x_i＝(x_i,y_i),i＝1,2,3…n，利用步骤1中拟合的椭圆方程，对n个边缘点写出n个拟合椭圆方程，并用矩阵表示误差方程为：

令

则误差方程写为V＝AX+Y；第i个边缘点的观测误差v_i的方差为

其中，I_2×2是2×2的单位矩阵，为陨石坑第i个边缘点的方差，观测误差V的方差矩阵为

椭圆方程系数的协方差矩阵P定义为

其中，A^TA称为自相关矩阵，I_n×n是n×n的单位矩阵；最后，根据协方差传播律，由P产生各陨石坑中心的误差协方差矩阵

其中，H是由步骤1中的形心公式对椭圆方程系数B,C,D,E,F求偏导构成的矩阵；