余萌1,路晨曦1,王寅2
摘要: 星表巡视探测任务对自主导航系统的精度与可靠性提出了极高要求。然而,地外天体表面(如月球、火星)广泛存在大面积平坦沙地、非规则陨石坑及散乱岩石等典型非结构化地貌,此类环境会导致传统的激光-惯性里程计(LIO)在特定自由度上出现几何退化,进而引发状态估计发散和轨迹漂移问题,威胁巡视器的安全运行。针对上述难题,本文提出了一种融合在线退化检测与主动约束机制的鲁棒SLAM方法。首先,在迭代误差状态卡尔曼滤波的更新阶段,利用点面距离观测方程的Hessian矩阵构建近似Fisher信息矩阵, 并通过实时特征值分解量化状态空间的可观测度。其次,设计基于特征值阈值的主动约束策略,当特定方向特征值低于阈值时,判定发生几何退化,并引入虚拟观测施加零残差硬约束,使系统在该维度依赖惯性测量单元预积分约束。基于高保真月面仿真场景的实验结果表明,与现有LIO算法相比,本文方法能准确识别退化方向,有效消除了在特征缺失方向上的无界漂移,在长距离行驶实验中保持了较高的轨迹一致性。研究结果证明,所提出的主动约束方法有效解决了星表非结构化环境下的几何退化难题,显著提升了星表巡视器自主定位精度与鲁棒性。
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