Autonomt visionsbaserat navigationssystem för att närma sig en outforskad liten himlakropp

This thesis presents an autonomous vision-based navigation strategy applicable to the approach phase of a small body mission, developed within the Robotics Section at NASA Jet Propulsion Laboratory. Today, the operations performed to approach small planetary bodies are largely dependent on ground support and human decision-making, which demand operational complexity and restrict the spectrum of achievable activities throughout the mission. In contrast, the autonomous pipeline presented here could be run onboard, without ground intervention. Using optical data only, the pipeline estimates the target body's rotation, pole, shape, and performs identification and tracking of surface landmarks, for terrain relative navigation. An end-to-end simulation is performed to validate the pipeline, starting from input synthetic images and ending with an orbit determination solution. As a case study, the approach phase of the Rosetta mission is reproduced, and it is concluded that navigation performance is in line with the ground-based state-of-the-art. Such results are presented in detail in the paper attached in the appendix, which presents the pipeline architecture and navigation analysis. This thesis manuscript aims to provide additional context to the appended paper, further describing some implementation details used for the approach simulations.Detta examensarbete presenterar en strategi för ett autonomt visionsbaserat navigationssystem för att närma sig en liten himlakropp. Strategin har utvecklats av robotikavdelningen vid NASA Jet Propulsion Laboratory i USA. Nuvarande system som används för att närma sig en liten himlakropp bygger till största delen på markstationer och mänskligt beslutsfattande, vilka utgör komplexa rutiner och begränsar spektrumet av möjliga aktiviteter under rymduppdraget. I jämförelse, det autonoma system presenterat i denna rapport är utformat för att köras helt från rymdfarkosten och utan krav på kontakt med markstationer. Genom att använda enbart optisk information uppskattar systemet himlakroppens rotation, poler och form samt genomför en identifiering och spårning av landmärken på himlakroppens yta för relativ terrängnavigering. En simulering har genomförts för att validera det autonoma navigationssystemet. Simuleringen utgick ifrån bilder av himlakroppen och avslutades med en lösning på banbestämningsproblemet. Fasen då rymdfarkosten i ESA:s Rosetta-rymduppdrag närmar sig kometen valdes som fallstudie för simuleringen och slutsatsen från denna fallstudie var att systemets autonoma navigationsprestanda var i linje med toppmoderna system. Den detaljerade beskrivningen av det autonoma systemet och resultaten från studien har presenterats i ett konferensbidrag, som ingår som bilaga till rapporten. Inledningen av rapporten syftar till att förtydliga bakgrunden och implementering som komplement till innehållet i bilagan