[發(fā)明專利]一種受限約束下的月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910477360.3
• 申請(qǐng)日: 2019-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110310369B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢琰;劉祥;段文杰;王勇;騰寶毅;毛曉艷;周益;賈永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G06T17/05
• 分類號(hào): G06T17/05;G06Q10/04;G06F30/20
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發(fā)明提出一種受限約束下的月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別方法及系統(tǒng)。嫦娥4號(hào)巡視器作為人類首個(gè)月背移動(dòng)探測(cè)平臺(tái)，在月球背面執(zhí)行巡視探測(cè)任務(wù)。月背地形更加的崎嶇復(fù)雜，坑哇遍布，且執(zhí)行任務(wù)多，給巡視探測(cè)帶來(lái)了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)和難度。其移動(dòng)、休眠、科學(xué)探測(cè)等任務(wù)需要在各種約束條件下完成，這些約束條件比嫦娥3號(hào)更加嚴(yán)格，包括，高度閾值，坡度閾值，最大曲率，休眠點(diǎn)滾動(dòng)角、俯仰角與偏航角，太陽(yáng)方位、中繼星方位、移動(dòng)速度、避障相機(jī)參與地形分析等。本專利提出了一種受限約束下的月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別方法，對(duì)復(fù)雜地形地貌上的導(dǎo)航路徑進(jìn)行可通過(guò)性判別，為月面巡視探測(cè)奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別方法及系統(tǒng)，屬于月背路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

嫦娥4號(hào)巡視器進(jìn)行人類首次月背巡視探測(cè)任務(wù)，揭開(kāi)了月背的神秘面紗，將月球背面地形地貌展現(xiàn)在了全人類面前，進(jìn)一步增加了人類對(duì)月球的認(rèn)知。相比較于面向地球的一面，月背地形更加的崎嶇復(fù)雜，坑哇遍布，且執(zhí)行任務(wù)更多，給巡視探測(cè)帶來(lái)了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)和難度。月背真實(shí)地形見(jiàn)圖1。

地面導(dǎo)航規(guī)劃與控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)在獲取遙測(cè)工程值和圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成全局環(huán)境感知，進(jìn)行導(dǎo)航單元規(guī)劃并生成巡視器移動(dòng)的控制策略。作為巡視器遙操作的重要環(huán)節(jié)，在月球背面巡視探測(cè)任務(wù)中，也面對(duì)著由地形復(fù)雜性帶來(lái)的更嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)，甚至一定程度上決定著月面巡視探測(cè)任務(wù)的成敗。

以嫦娥3號(hào)探測(cè)任務(wù)為背景提出的一種巡視器地面導(dǎo)航規(guī)劃控制方法，給出了基于導(dǎo)航相機(jī)的月面導(dǎo)航單元規(guī)劃的流程，包括：序列圖像拼接、三維地形恢復(fù)、地形可通過(guò)性分析、路徑規(guī)劃和移動(dòng)策略生成等。該專利給出了巡視器導(dǎo)航規(guī)劃一般的通用步驟，可以給予該流程生成移動(dòng)策略。但是月背探測(cè)任務(wù)、面對(duì)復(fù)雜地形，為避免漏判和錯(cuò)判，保證巡視器安全，亟需面對(duì)復(fù)雜地形的路徑可通過(guò)性的判別方法。

嫦娥4號(hào)巡視器作為首個(gè)月背移動(dòng)探測(cè)平臺(tái)，其移動(dòng)分系統(tǒng)采用六輪搖臂懸架方案，具備前進(jìn)與后退、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和一定的越障能力。移動(dòng)、休眠、科學(xué)探測(cè)等任務(wù)需要在各種約束條件下完成，這些約束條件比嫦娥3號(hào)更加嚴(yán)格，約束條件包括，高度閾值，坡度閾值，最大曲率，休眠點(diǎn)滾動(dòng)角、俯仰角與偏航角，太陽(yáng)方位、中繼星方位、移動(dòng)速度、避障相機(jī)參與地形分析等。亟需考慮多種約束的判別方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種受限約束下的月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別方法及系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)在三維地形上生成的路徑進(jìn)行分析，判斷路徑是否在約束條件下可通過(guò)，為月背巡視探測(cè)任務(wù)中可通過(guò)性判斷問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種受限約束下的月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別方法，步驟如下：

(1)獲得目標(biāo)位置、路徑、三維地形點(diǎn)云圖像；

(2)建立地形約束、運(yùn)動(dòng)約束、位姿約束；

(3)判斷運(yùn)動(dòng)約束；

(4)根據(jù)地形約束進(jìn)行適宜度分析，將地形障礙分為跨過(guò)障礙、經(jīng)過(guò)障礙、新圖像三類；

(5)分別分析跨過(guò)障礙、經(jīng)過(guò)障礙以及新圖像障礙，判斷可通過(guò)性，從而完成受限約束下的月背復(fù)雜地形可通過(guò)性判別。

所述目標(biāo)位置是指巡視器本次移動(dòng)的目標(biāo)，以車身為原點(diǎn)，在北東地坐標(biāo)系下移動(dòng)目標(biāo)的位置點(diǎn)；路徑為已有導(dǎo)航規(guī)劃結(jié)果；三維地形點(diǎn)云圖像為導(dǎo)航相機(jī)圖像的三維拼接點(diǎn)云地形。

地形約束G_P是指地形特征和巡視器移動(dòng)能力結(jié)合考慮在地形上映射的約束，包括允許坡度、最大允許高度、最大地形粗糙度，表示為集合：G_P＝{x_i|i＝1,2,3}。