[發明專利]一種應用激光雷達進行最佳著陸點選取方法

有效

• 申請號: 202010513715.2
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111830534B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 黃興;顏曉明;謝立;張元明;榮為君;朱亞明;閆峰;張青青;王良軍
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: G01S17/933
• 分類號: G01S17/933;G01S17/89;G01S7/48;G01S17/08;G01S17/66
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

1.一種應用激光雷達進行最佳著陸點選取方法，其特征在于步驟如下：

(1)著陸器上的激光雷達對著陸區域環境進行掃描，生成著陸區域環境三維點云，從著陸區域環境三維點云成功提取地形水平面；成功提取地形水平面后，將著陸區域環境三維點云分割為地形平面子點云與非地形平面子點云；

(2)從非地形平面子點云，分割出空間位置獨立的物體，每個物體形成單獨的子點云，提取每個物體形成的單獨的子點云的輪廓，生成包圍物體的最小長方體，進而確定物體的外形尺寸以及其最小長方體重心與地形水平面的關系，從而確定每個物體的障礙屬性；

從非地形平面子點云，分割出空間位置獨立的物體的方法包括：

1.1對第(1)確定非地形平面子點云Xm_i，構建三維k-d樹Tr；

1.2對Xm_i中的任一點pj，在Tr中搜索與其歐式距離小于閾值r0的點，形成鄰域點集N；

1.3對點集N中的任一點，在Tr中搜索與其歐式距離小于閾值r0的點，并增加至點集N，直至N中再無新點加入，此時N記為一個獨立子點云；

計算N在Xm_i中的補集M，對M中的每個點重復步驟1.2、1.3，形成若干個獨立的子點云，直至M為空，定義形成了c個獨立子點云N1～Nc；

(3)根據第(2)確定的每個物體的障礙屬性，將步驟(1)的著陸區域環境三維點云劃分為安全區域子點云以及障礙物子點云，對步驟(1)的安全區域子點云中的每個點進行鄰域搜索，獲取每個點的最大安全半徑；對安全區域子點云中所有點的最大安全半徑進行排序，取最大安全半徑的最大值，最大安全半徑的最大值有一個以上，則從中選擇距離著陸器最近的點，作為最佳著陸點，該點對應的最大安全半徑為最佳落區半徑；

獲取每個點的最大安全半徑的方法包括：采用r半徑鄰域搜索，獲得安全區域子點云中任一點的r半徑鄰域點索引，r半徑鄰域點索引與與障礙物點云索引進行求交集運算，根據交集是否為空，判斷r半徑鄰域是否安全，對r不斷進行迭代增加，獲得每個點的最大安全半徑；

(4)著陸末段，飛行器與待著陸區之間相對緩慢運動，著陸器對著陸區域環境進行掃描，形成連續多幀的著陸區域環境三維點云，前后兩幀點云之間是空間位置上的剛體變換關系，使用剛體變換矩陣來表征；

對連續序列點云采用最近點迭代算法獲取兩幀之間的剛體變換矩陣，且最近點迭代算法中，對連續序列點云幀的互相關矩陣H進行奇異值分解，從而獲得剛體變換矩陣T；

將據步驟(1)～(3)得到的最佳著陸點，作為前一幀得到的最佳著落點，根據該前一幀得到的最佳著落點以及剛體變換矩陣，能夠確定前一幀識別出的最佳著落點在當前幀中的位置，實現對最佳著陸點的跟蹤。

2.根據權利要求1所述的一種應用激光雷達進行最佳著陸點選取方法，其特征在于：著陸器，具體為：執行軟著陸任務的無人飛行器。

3.根據權利要求1所述的一種應用激光雷達進行最佳著陸點選取方法，其特征在于：激光雷達，具體為一種測距儀器，能夠對空間環境進行連續掃描，獲取環境表面的三維點云。

4.根據權利要求1所述的一種應用激光雷達進行最佳著陸點選取方法，其特征在于：著陸末段，是指：著陸器著陸過程中，經過主減速段、接近段后，此時著陸器水平速度基本降為零，距離著陸區表面在百米量級左右，緩慢降落的階段。

5.根據權利要求1所述的一種應用激光雷達進行最佳著陸點選取方法，其特征在于：每個物體的障礙屬性，包括：突起物和凹坑。