人工昆虫視覚航法による小惑星探査機ミッション

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本研究のテーマは、カメラ画像を用いた深宇宙探査機の自律航法システムについての研究である。探査機に搭載されたカメラで得られる画像では、探査機の運動に伴い画像中の点が移動する。これをオプティカル・フローという。本研究では、無人小型航空機(MAV)の分野で最近注目されている自律視覚航法の手法を、宇宙探査機に適用することを考えた。自律視覚航法とは、ハエや蜂などの複眼をもつ生物の視覚を模倣した状態推定法である。このオプティカル・フローをワイド・フィールド・インテグレーション(WFI)と呼ばれる広域統合処理をすることで、未知の天体表面形状にも頑健(ロバスト)な状態推定が可能になる。しかもこの手法は、低解像度のカメラを用いることができ計算負荷も小さいために、質量や電源に制限がある小型探査機による宇宙探査ミッションに適している。WFIの計算手法を詳細に再検討した結果、積分計算を必要としない、従来の手法よりも簡単な数学的定式化を行った。提案手法は、計算負荷がより小さくなるが、数学的には従来の手法と等価であることを証明した。したがって提案した手法を用いることにより、従来のWFI手法と同程度の衝突防止や相対航法推定精度を得ることができる。また、小惑星探査機だけでなく、他の自律視覚航法システム(例:MAV)にも適用可能である。本研究では、表面形状が未知である小惑星への接近・ホバリングミッション・フェーズを考え、提案手法を適用した場合の数値シミュレーションを行った。その結果、表面の凹凸がわかっていなくても、小惑星に衝突することなく探査機をホバリングさせることができることを示した。さらに、小惑星に相対的な探査機の並進速度と角速度を推定できることを示した。