[发明专利]行星着陆图像与测距融合的相对导航方法

权利要求书

1.行星着陆图像与测距融合的相对导航方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：建立敏感器的测量模型，其中，敏感器包括光学相机与测距仪；

步骤2：根据步骤1中光学相机与测距仪的观测量求解特征点的位置矢量；

步骤3：以步骤2中求解的特征点位置矢量为导航系统观测量，构建相对导航系统，将相对导航系统中的状态方程与观测方程输入到导航滤波器中，获得行星着陆器相对目标着陆点准确的位置、速度及姿态信息，进而实现行星着陆相对光学导航；

其中，步骤1具体实现方法为，

光学相机的测量模型如式(1)所示

式中，p_i，l_i为图像中第i个特征点在像平面上的像素点坐标，f为相机焦距，为第i个特征点在着陆器本体坐标系下的三轴位置分量；着陆器在相对导航坐标系中的位置矢量为r＝[x y z]^T，则有

式中：为相对导航坐标系到本体坐标系的坐标转换矩阵，x_i、y_i、z_i为第i个特征点在相对导航坐标系下的三轴位置分量；

测距仪的测量模型如式(3)所示

式中：ρ_j为着陆器沿第j条波束到火星表面的距离，z为着陆器的高度，m_z＝[0 0 1]^T为相对导航坐标系下着陆平面的法向量，m_j为第j条波束在相对导航坐标系下的方向矢量，通过本体系到相对导航系的姿态坐标旋转获得m_j，如式(4)所示

式中，为第j条波束在着陆器本体系下的方向矢量，由测距仪在着陆器上的具体安装方向决定；

步骤2具体实现方法为，

从光学相机拍摄的图像中提取到N个特征点，则第i个特征点在本体系下的单位方向矢量，如式(5)所示

根据测距仪的测量信息可以获得在行星表面落点相对着陆器的三维位置矢量如式(6)所示

根据式(6)得到在着陆器本体系下着陆平面单位法向量如式(7)所示

结合式(7)与式(5)，得到第i个特征点在本体系下的三维位置矢量r_i^b，如式(8)所示

光学相机拍摄的图像中第1个特征点为着陆点，且相对导航坐标系的x轴由第1个特征点指向第2个特征点，第3个特征点与第1个和第2个特征点不共线，则第2个和第3个特征点相对第1个特征点的位置矢量P_1,2，P_1,3在本体系下分别为

根据式(9)与式(10)得到相对导航坐标系三个轴在本体系下的单位矢量e_x，e_z，e_y分别为

e_y＝e_z×e_x (13)

则相对导航坐标系到着陆器本体坐标系的坐标旋转矩阵为

进而计算特征点在相对导航坐标系下的三维位置矢量如式(15)所示

即通过公式(15)实现求解特征点的位置矢量。