[发明专利]一种陨石坑特征误匹配的可观测度检测法

摘要

本发明公开的一种陨石坑特征误匹配的可观测度检测法，属于深空探测技术领域。本发明利用两幅下降图像中n对初步匹配的陨石坑，通过矩阵的克罗内克积，建立基于陨石坑边缘椭圆曲线的观测模型；从误差分析的角度对观测矩阵进行可观测度分析，得到导航系统可观测度的度量标准；基于得到的可观测度的度量标准进行可观测度判断，进而剔除陨石坑误匹配，实现导航系统可观，即实现对陨石坑特征误匹配的可观测度分析检测，提高导航系统精度，保证导航系统的稳定性。本发明不仅适用于行星着陆任务中，也适用于小天体着陆任务；同时本发明对基于陨石坑边缘椭圆曲线的绝对导航系统仍然适用。

主权项

一种陨石坑特征误匹配的可观测度检测法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：建立基于陨石坑边缘椭圆曲线的观测模型；在着陆过程中，给定下降图像中n对初步匹配的陨石坑，且n≥3；则利用两幅下降图像中任意两对初步匹配的陨石坑在着陆器本体坐标系下建立着陆器的相对运动约束方程为：(Bj-1Bi)H=H(Aj-1Ai)---(1)]]>其中，i＜j且∈{1,2,…,n}；矩阵Ai，Aj分别表示着陆器在位置cλ‑1时两个陨石坑像的边缘椭圆曲线，其中λ＝2,3,…；矩阵Bi，Βj分别表示着陆器在位置cλ时两个陨石坑像的边缘椭圆曲线；且矩阵Ai,Aj,Bi,Bj都为3×3的非奇异对称矩阵；矩阵H为3×3单应矩阵，表示着陆器的相对运动参数，满足：H=Rcλcλ-1+tcλcλ-1ncλ-1T/dcλ-1---(2)]]>式中向量表示着陆器在不同位置处的相对位置；矩阵表示着陆器在不同位置处的相对姿态；表示天体表面在着陆器本体坐标系下的单位法向量；表示天体表面距离着陆器本体坐标系原点的垂直距离；结合着陆器相对运动约束方程(1)，利用矩阵的克罗内克积建立关于着陆器相对位姿的观测模型为：E9n(n‑1)/2×9h＝0  (3)其中，为基于陨石坑边缘椭圆曲线的观测矩阵；两幅下降图像中任一对陨石坑边缘椭圆曲线的观测矩阵为ΔA和ΔB分别表示两幅下降图像中的陨石坑边缘曲线噪声，其中噪声矩阵ΔA和ΔB的大小预先给定；此后，为避免使用过多符号，观测矩阵仍用A，B表示；则观测矩阵E中的分块矩阵Ei,j表示为矩阵I为3×3的单位矩阵；向量h为单应矩阵H的向量化形式；步骤2：对观测矩阵E进行可观测度分析，得到可观测度的度量标准；结合式(1)和式(3)，观测矩阵E中存在的噪声表示为：ΔE=[ΔE1,2T,ΔE1,3T,...,ΔE1,nT,...,ΔEn-1,nT]T---(4)]]>其中ΔEi,j为噪声矩阵ΔE中的分块矩阵，满足ΔAi,j和ΔBi,j分别满足：ΔAi,j=Aj-1ΔAAj-1(Aj-Ai-ΔA)ΔBi,j=Bj-1ΔBBj-1(Bj-Bi-ΔB)---(5)]]>其中i＜j且∈{1,2,…,n}；根据特征值分解的线性误差传播理论得到相对运动参数的估计误差Δh为：Δh＝GΛGT(ΔETΕ+ETΔE)h  (6)其中矩阵G为标准正交矩阵，满足表示ETE的特征值；矩阵Λ满足：λ1,λ2,…,λ9表示观测矩阵E的奇异值，且满足λ1≥λ2≥…≥λ9≥0；当测量数据无误差时，λ9＝0；当测量数据存在误差时，矩阵ETE的最小特征值的扰动误差由下式得出：Δλ92=g9T(ΔETE+ETΔE)g9---(7)]]>其中向量g9是特征值对应的单位特征向量；基于以上分析，取λ9/λ8和观测矩阵奇异值λ9作为衡量导航系统可观测度的度量标准；从式(6)和(7)看出，λ9/λ8的值趋近于1，或者如果观测矩阵奇异值λ9的平方远大于其扰动误差估计值运动参数估计误差较大，则导航系统是不可观的，从而说明导航系统存在误匹配；步骤3：基于步骤2得到的可观测度的度量标准进行可观测度判断，进而剔除陨石坑误匹配，直至导航系统可观。