行星着陆自主导航方法研究

面向未来行星精确定点着陆的迫切需求，以月球、行星、小行星和慧星等着陆导航为背景，提炼行星着陆自主导航相关的关键科学问题，开展系统深入的研究。主要研究内容包括：观测信息不完备、动力学方程具有强非线性和不确定性及过程与量测噪声非高斯情况下的着陆器高超音速进入自主导航；复杂地形环境下的精确定点着陆自主导航等问题。从中可能发掘出原始创新思想，获得自主知识产权的算法和软件。进一步完善行星着陆自主导航理论，力求突破行星着陆自主导航系统设计中所面临的关键技术。为我国月球探测工程及未来的行星着陆导航系统设计奠定理论基础，又可促进非线性动力学系统的导航理论和实用方法的研究。

本项目面向未来行星精确定点着陆的迫切需求，以月球、行星、小行星和慧星等着陆导航为背景，提炼行星着陆自主导航相关的关键科学问题，开展系统深入的研究。针对大气进入段导航，设计了信标位置已知的高频无线电辅助惯性信息的自主导航方案；考虑到大气模型及噪声的不确定性，设计了基于门控网络多模型自适应估计的导航算法；考虑到系统模型的强非线性，提出基于sparse grid的高斯滤波算法提高估计的精度、鲁棒性和实时性。针对动力下降段导航，设计了视觉辅助惯性信息的自主导航方案，并通过定量计算观测模型的非线性强度，研究了视线测量光学导航系统测量模型的选取问题；建立了基于WTA策略的陨石坑匹配方法，实现了不同光照条件、尺度及视角下陨石坑的鲁棒匹配；提出了一种仅基于特征物理位置的特征匹配策略，有效降低了误匹配率并提高了计算效率。针对垂直着陆段导航，提出了一种自适应鲁棒平面拟合算法（PDIMSE），相比已有算法，提高了平面拟合和障碍检测的精度和鲁棒性；考虑到未知环境的导航问题，研究了基于帧间特征跟踪的着陆导航算法；考虑复杂的特征点识别和匹配算法所带来的相机测量时间和测量信息到达滤波器时间之间的延迟，提出了基于状态增广算法和降阶扩展卡尔曼滤波的导航滤波算法，提高了导航精度。