行星探测距离远、精度要求高,需要探测器具有自主导航能力,以图像信息为主的光学导航具有自主性强、精度高等特点,是未来深空探测的主要导航方式之一。本学位论文针对行星着陆下降阶段的光学导航问题,开展了图像特征模版匹配、多帧序列特征点跟踪、探测器位置速度估计等方法研究。论文主要内容如下:首先,建立了行星下降段动力学模型,并设计了基于图像信息的自主导航方案。考虑探测器下降段特点,对动力学模型进行简化,研究基于透视投影的光学观测模型,并结合行星表面特征导航的特点,设计了行星下降自主导航方法。其次,对基于模板匹配的探测器位置确定方法进行了研究。以行星表面陨石坑作为导航特征地形,基于模板匹配方法,实现了下降过程中行星表面图像和事先行星三维模型匹配,并建立导航特征图像与三维位置之间的映射关系,利用迭代最小二乘法解算出行星固连坐标系下探测器的位置和姿态信息。再次,对基于多帧图像序列的探测器运动估计方法进行了研究。考虑探测器下降运动的特点,研究了帧间图像角点提取与匹配的方法,实现了多帧图像间特征点的匹配,建立了基于多帧图像序列匹配的运动估计方案,并分别通过设计各帧与初始帧匹配及相邻帧匹配解算方法,确定探测器相对位置与速度。最后,对位置确定和运动估计信息融合方法进行了研究。针对所提出的图像信息自主导航方案,设计了融合滤波结构,并设计了常值kalman滤波器,对位置确定和运动估计信息进行融合,并对融合导航方法进行了综合数学仿真分析。