Visual navigation based on curve matching for planetary landing in unknown environments

可观测性 计算机科学 卡尔曼滤波器 计算机视觉 人工智能 地形 惯性导航系统 导航系统 匹配(统计) 惯性测量装置 特征(语言学) 惯性参考系 数学 地理 统计 物理 量子力学 哲学 地图学 语言学 应用数学
作者
Pingyuan Cui,Xizhen Gao,Shengying Zhu,Wei Shao
出处
期刊:Acta Astronautica [Elsevier BV]
卷期号:170: 261-274 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.actaastro.2020.01.023
摘要

For planetary landing missions, accurate surface relative state knowledge to safely land near science targets is required. However, the lack of on-board map poses a technical challenge in the process of implementing such a navigation system. Moreover, traditional feature point observations are not sufficient for guaranteeing robust performance of the algorithm under challenging environmental conditions like texture-less terrain. This paper presents a novel visual navigation scheme based on curve matching for planetary landing in unknown environments. An analytical measurement model, which contains the lander's current and previous states, is derived by using curve matches in descent images for the first time. The derived measurement model and the state information sensed by inertial measurement unit are integrated in unscented Kalman filter algorithm. Also, the observability of the proposed navigation system is analyzed. In particularly, the Fisher matrix is used to evaluate the navigation performance. It is shown that the superior accuracy of the proposed method is obtained compared to point-based approaches. Simulation results demonstrate the effectiveness and high accuracy of the proposed navigation method.
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