基于序列圖像的主動(dòng)式自主導(dǎo)航是采用激光雷達(dá)主動(dòng)成像敏感器感知探測(cè)器著陸環(huán)境。首先，激光雷達(dá)可以直接測(cè)量著陸器相對(duì)著陸區(qū)域的斜距信息，然后將激光雷達(dá)測(cè)量的數(shù)據(jù)和著陸器當(dāng)前位姿估計(jì)結(jié)合，生成數(shù)字高程圖。最后，利用相關(guān)性方法或模式匹配方法，將獲得數(shù)字高程圖與著陸器存儲(chǔ)的參考地形庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，從而得到著陸器的絕對(duì)位姿估計(jì)。
相較于主動(dòng)式導(dǎo)航，以光學(xué)相機(jī)為敏感器的基于序列圖像的被動(dòng)式導(dǎo)航也是深空探測(cè)著陸過(guò)程中非常有效的一種自主導(dǎo)航手段。由于探測(cè)天體的表面分布著大量形狀各異的隕石坑、巖石和紋理等天然陸標(biāo)，利用這些路標(biāo)圖像信息能夠獲取完備的探測(cè)器位置和姿態(tài)信息。
2000年美國(guó)NEAR小行星探測(cè)器首次進(jìn)行了采用陸標(biāo)光學(xué)圖像的導(dǎo)航。2004年美國(guó)的“漫游者”火星探測(cè)器通過(guò)下降圖像運(yùn)動(dòng)估計(jì)系統(tǒng)（DIMES），在著陸過(guò)程中通過(guò)跟蹤3幅序列圖像中的相關(guān)圖像塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器水平方向速度的估計(jì)。中國(guó)的“嫦娥三號(hào)”月球著陸器在接近段飛行過(guò)程中，首次利用光學(xué)相機(jī)觀測(cè)預(yù)定著陸區(qū)實(shí)現(xiàn)月球軟著陸粗避障。
X射線脈沖星自主導(dǎo)航。脈沖星是高速旋轉(zhuǎn)的中子星，是一種具有超高密度、超高溫度、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超強(qiáng)輻射和引力的天體，能夠提供高度穩(wěn)定的周期性脈沖信號(hào)，可作為天然的導(dǎo)航信標(biāo)。X射線脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，具有極其穩(wěn)定的周期性，被譽(yù)為自然界最精準(zhǔn)的天文時(shí)鐘，特別是毫秒級(jí)脈沖星的自轉(zhuǎn)周期穩(wěn)定性高達(dá)10-19-10-21，定時(shí)穩(wěn)定性為10～14/年。利用X射線脈沖星導(dǎo)航能夠提供10維導(dǎo)航信息，包括3維位置、3維速度、3維姿態(tài)和1維時(shí)間。將脈沖星作為導(dǎo)航星，在全太陽(yáng)系可見(jiàn)，不存在任何遮擋問(wèn)題，并且也沒(méi)有人為的破壞與干擾，是一種絕佳的導(dǎo)航星。因此，脈沖星能夠成為人類在宇宙中航行的“燈塔”，為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器提供自主導(dǎo)航信息服務(wù)。
基于脈沖星的自主導(dǎo)航原理是：探測(cè)器飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)接收空間中不同方向的脈沖星X射線信號(hào)，并測(cè)量到達(dá)光子的時(shí)間、強(qiáng)度、流量和相對(duì)于探測(cè)器的方位，再對(duì)比星上保存的脈沖星星圖，利用導(dǎo)航算法獲取探測(cè)器的位置速度和姿態(tài)等信息。圖2為脈沖星導(dǎo)航原理示意圖。
1976年，搭載X射線探測(cè)器的Ariel-5天文觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了首顆X射線脈沖星，目前發(fā)現(xiàn)和編目的脈沖星已經(jīng)有2000多顆。美國(guó)1999年搭載X射線探測(cè)器的ARGOS衛(wèi)星發(fā)射升空，用于導(dǎo)航方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2004年初，美國(guó)提出了《基于X射線源的自主導(dǎo)航定位驗(yàn)證》（XNAV）的預(yù)研計(jì)劃。2013年，歐盟啟動(dòng)了利用脈沖星信號(hào)為進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航和精確授時(shí)的項(xiàng)目研究計(jì)劃。我國(guó)在X射線探測(cè)上也進(jìn)行了多方面研究。2016年11月10日，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭，成功發(fā)射了脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星。該星主要用于驗(yàn)證脈沖星探測(cè)器性能指標(biāo)和空間環(huán)境適應(yīng)性，積累在軌試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為脈沖星探測(cè)體制驗(yàn)證奠定技術(shù)基礎(chǔ)，這也是世界上首顆脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星（XPNAV-1）。我國(guó)后續(xù)還計(jì)劃用5~10年的時(shí)間，建立精確的脈沖星導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)。
1
