美国宇航局的毅力号火星车已经实施了火星全球定位技术，使其能够在不依赖地球发送的命令的情况下确定其在火星表面的准确位置。该系统将导航摄像机捕获的图像与船上存储的高分辨率轨道图进行比较。该功能于 2026 年 2 月成功测试，精度达到约 25 厘米，无需人工操作员频繁校正。改进的自主性加快了旅行速度，并扩大了杰泽罗陨石坑科学探索的可能性。
这一进展代表了机器人行星探索的一个里程碑，因为它减少了火星和地球之间通信延迟的影响，根据行星的轨道位置，通信延迟从 4 到 24 分钟不等。借助新系统，流动站可以在必要时暂停其移动，在大约两分钟内处理数据并独立恢复其旅程。该功能于 2026 年 2 月 2 日至 16 日在实际操作中得到验证，确认了火星真实地形条件下的稳定性。
毅力号于 2021 年 2 月抵达火星，目前已完成五年多的活跃任务。该技术利用了以前专用于与 Ingenuity 直升机通信的高性能处理器。该算法直接在机载计算机上执行复杂的计算，无需额外的硬件。
火星全球定位技术详解
与地面 GPS 不同，该系统无需定位卫星即可运行。流动站的摄像机记录了周围环境的全景。这些记录与火星勘测轨道飞行器探测器获得的轨道图相交叉。
处理过程识别出火星地貌的独特特征，作为固定参考点。地面和轨道图像之间的对应关系生成具有高可靠性的位置估计。完整的计算只需几分钟即可在内部计算机上完成。
最初的实施地点是 Jezero 陨石坑边缘一个名为 Mala Mala 的平坦地区。火星车根据立体图像对生成正交马赛克，以便于与轨道上的视图进行比较。
提高自主权的主要好处
- 地球团队花在手动校正上的时间显着减少
- 火星行动一天内覆盖更远距离的可能性
- 探索不平坦的地形或难以进入的区域时更加安全
- 优化科学时间表，将更多时间用于样本采集
- 降低与频繁干预相关的运营成本
视觉里程计克服的局限性
在采用火星全球定位之前，火星车主要依靠视觉里程计。该方法根据运动过程中观察到的地形连续变化来计算位置。尽管该技术在短途旅行中有效，但在较长距离内会累积错误。
经过几天的连续移动，出现了数十米的偏差。地面团队需要定期进行干预，重新调整估计位置并重新规划路线。这些干预措施消耗了资源并限制了车辆的日常行驶里程。
通信延迟使情况变得更糟，因为指令需要几分钟才能到达流动站。许多路线被预防性缩短或暂停，以避免在陌生地区出现风险。
算法的实际运行
该算法应用变换技术将漫游器图像与轨道图对齐。它检测作为地形中稳定锚的浮雕图案。结果提供的位置误差约为 25 厘米。
这种精度使 Perseverance 能够更有信心地执行计划的动作。该系统由喷气推进实验室开发，并集成到流动站的飞行软件中。对火星土壤的测试验证了其在不同环境条件下的稳健性。
流动站现在可以自主停止导航，重新计算其位置并继续前进，而无需等待外部确认。此顺序优化了科学活动的可用时间的利用。
对当前和未来任务的影响
新功能将“毅力”号的日常航程扩展到杰泽罗陨石坑。该机器人可以更高效地从更远的地方收集岩石和土壤样本。减少持续监督可以让员工腾出时间从事其他规划任务。
该技术可应用于后续的火星和其他天体任务。类似的系统有助于对月球、小行星以及木星和土星的卫星进行探索。实时通信的独立性使得远程环境中更敏捷的操作成为可能。
Perseverance 表明计算机视觉算法可以取代其他星球上不存在的全球定位基础设施。视觉导航和精确定位的结合提高了空间机器人自主性的标准。
