利用高分辨率导航相机进行视觉导航是小天体探测器有效的着陆导航方式之一。然而在小天体探测器着陆段,基于特征点、陨石坑等传统导航陆标的探测器视觉导航算法可能出现特征提取不足、误匹配等现象,影响导航过程。充分利用已有观测信息作为新的导航陆标具有重要意义。小天体探测器太阳帆板投影作为自带的特征与探测器位姿有直接关系,可用作着陆段导航陆标。同时,在投影无法提取的情况下,可利用岩石、坑洞等不具备固定几何形状的不规则曲线边缘特征作为导航陆标,进行探测器位姿估计。因此,本文针对小天体探测器着陆段导航特征提取及位姿估计算法进行研究。论文的主要研究内容包括:首先,针对小天体探测器着陆段导航图像特点,选择探测器太阳帆板投影和小天体表面不规则曲线特征作为导航陆标。小天体探测器拟着陆区域较为平坦,如果导航图像中能够检测到探测器太阳帆板投影,则通过阈值分割、边缘提取和凸边形提取算法,将太阳帆板投影提取及拟合,并检测投影长度和夹角。如果导航图像中太阳帆板投影不明显,则构造图像金字塔在尺度空间中提取不规则曲线,构造不规则曲线描述符,并使用欧式距离约束和最近邻距离比率原则在序列图像中进行匹配。最后分别在真实图像中验证了两种导航特征的检测与匹配效果。其次,对基于探测器太阳帆板投影的位姿估计方法进行了研究。探测器太阳帆板投影大小形状与探测器位置和姿态有直接关系,在得到投影提取结果的基础上,利用投影变换关系解算探测器俯仰角和翻滚角的角度变化,对待匹配图像进行旋转校正,然后通过模板匹配解算出偏航角和探测器位置的变化,最后通过仿真实验验证了在可能存在的噪声强度下算法的可靠性及导航精度。最后,对基于小天体表面不规则边缘曲线匹配的探测器位姿估计方法进行了研究。在序列图像中匹配得到的不规则曲线由离散点构成,利用相邻三点构造多项式曲线解析式,选择曲率最大点代替特征点检测算法提取的特征点,通过三视图几何约束解算探测器在连续三帧导航图像中位置和姿态的变化。仿真实验结果表明,在小天体探测器着陆段,利用不规则曲线结合特征点的探测器位姿估计算法能对探测器位姿进行有效估计,能够为自主导航系统设计提供理论依据。