[發明專利]一種月球表面安全著陸區選擇方法及系統

有效

• 申請號: 201811488103.1
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109598243B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 李勃;姚佩雯;張江;凌宗成;付曉輝;倪宇恒
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06K9/62;G06T7/136
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發明公開了一種月球表面安全著陸區選擇方法及系統，針對柵格格式的高分辨率遙感影像數據，使用雙閾值圖像分割方法對月球表面正負微地形進行識別；計算預選著陸區中的每一個格網的平坦區百分比，生成一張預選著陸區平坦區百分比柵格圖像；統計月球成功著陸任務的著陸區平坦區百分比平均值作為月球著陸區安全性的評價閾值；根據計算預選著陸區中的每一個格網的平坦區百分比與評價閾值進行比較，小于評價閾值為不安全格網，大于等于評價閾值為安全網格，生成預選著陸區安全評價結果的柵格圖像。將著陸區劃分為安全和不安全網格，實現安全著陸區域的精確選擇。

技術領域

本公開涉及行星遙感數字圖像處理和行星表面數字地形分析技術領域，特別是涉及一種月球表面安全著陸區選擇方法及系統。

背景技術

月球作為地球的天然衛星，是人類深空探測的首選目標，月球探測和研究對于我國科技、經濟和社會發展等方面具有重大戰略意義。

從20世紀60年代至今，美國和蘇聯等國家先后發射了多個系列的月球著陸探測器。限于工程技術和科學水平，早期的月球著陸探測器(如Luna和Surveyor系列)不具備障礙識別和安全著陸區選擇能力，因此其著陸成功率非常低。后期美國的Apollo著陸器系列則是由宇航員觀測著陸區形貌，手工操縱控制系統來實現安全著陸區選擇，較大的提高了著陸成功率。現今，月表著陸區選擇多是通過基于月表數字高程模型(DEM)數據分析月表的形貌，提取月表的坡度、粗糙度和撞擊坑密度等地形因子來選擇預選著陸區。比如，美國在未來的行星著陸探測任務中提出了基于激光雷達三維成像的著陸自主避障技術，但該技術僅停留在方案設計階段，并未得到具體實現并應用。此外，俄羅斯Luna-25月球著陸器計劃于2019年發射并著陸于月表近南極區域，著陸安全區選擇要求平坦且坡度小于7°。我國未來“嫦娥四號”(CE-4)和“嫦娥五號”(CE-5)著陸區任務將要著陸于月球南極艾肯盆地和風暴洋區域，前人使用分辨率為～59m的月球激光高度計數據分析，其著陸區99％區域坡度小于15°，94％區域坡度小于5°，是一個適合著陸的平坦區域。

從以上月表著陸任務選擇安全著陸區的方法可以看出，其實現過程和結果存在以下兩個問題：

(1)著陸區的選擇多基于DEM數據生成的月表地形因子(比如，起伏、坡度、粗糙度和撞擊坑密度等)進行統計分析，選擇安全性較高的著陸區。但是月球表面DEM數據的精度較低(十米級別)，而月球著陸區表面存在著大量的米級甚至分米級的負地形(撞擊坑、溝槽)和正地形(皺脊，陡坡和石塊等)對象，是著陸器著陸和巡視器路徑規劃的潛在威脅。DEM數據的分辨率較低，難以對預選著陸區的形貌和米級威脅進行全面、細致的研究。

(2)現有技術中沒有系統、準確的描述月表地形因子的安全評價閾值，難以定量的對月表著陸區安全性進行綜合評價和選擇。以坡度為例，沒有描述著陸區安全坡度閾值的評價方法，也沒有驗證坡度位于閾值區域內適合著陸的正確性。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開的實施例子提供了一種月球表面安全著陸區選擇方法，能夠準確的選擇月球表面安全著陸區。

為了實現上述目的，本申請采用以下技術方案：

一種月球表面安全著陸區選擇方法，包括：

針對柵格格式的高分辨率遙感影像數據，使用雙閾值圖像分割方法對月球表面正負微地形進行識別，將識別結果劃分為出陰影區、光照區和平坦區，每個區域用不同的數值表示，得到三值圖像；

三值圖像中，針對預選著陸區進行正方形網格劃分，計算每一個格網的平坦區百分比，具體為該格網中劃分為平坦區的像元個數與該格網中總的像元個數之比，生成一張預選著陸區平坦區百分比柵格圖像；

計算以往月球成功著陸探測任務的著陸區的平坦區百分比，統計成功著陸區的平均平坦區百分比作為月球著陸區安全性的評價閾值；