[發明專利]復雜月面接近段實現自主障礙規避的著陸區選取方法

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• 申請號: 202010707586.0
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111737882A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 吳鵬;穆榮軍;鄧雁鵬;劉麗麗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06T7/40;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

復雜月面接近段實現自主障礙規避的著陸區選取方法，解決了現有在月球軟著陸自主障礙規避與著陸區選取時信息利用率不夠高的問題，屬于月球軟著陸技術領域。所述方法包括：S1、獲取在接近段測量的月球表面光學圖像，確定待選著陸區；S2、在待選著陸區內提取環形山的形狀信息，再結合分形布朗運動FBM對待選著陸區內的環形山重建，計算環形山內各點坡度，根據設定的安全坡度，得到坡度小于安全坡度的區域作為可降落區；S3、對待選著陸區進行紋理分析，評估粗糙度，得到待選著陸區的平坦的地塊；S4、結合可降落區及平坦地塊選出最優可行著陸區。本發明提出的方法能夠準確反映月面圖像中環形山和月表的形狀特征，并能有效選取出適合著陸的區域，具有良好的工程適應性。

技術領域

本發明涉及一種復雜月面接近段實現自主障礙規避的著陸區選取方法，屬于月球軟著陸技術領域。

背景技術

從20世紀60年代開始至今，美國、蘇聯、歐洲、日本、中國、印度等國家和地區發射了多個月球探測器。對于早期月面探測任務，由于缺乏自主避障能力，通常會在任務實施前規劃較為寬闊和平坦處作為任務著陸區，如Luna系列探測器和勘探者系列探測器；或者依靠人工操縱實現避障功能，如Apollo系列探測器。為提高著陸成功率，需要月球探測器具有自主選擇著陸點的能力。

21世紀以來，美國提出一種基于激光雷達的無人靈巧著陸自主軟著陸避障技術，但根據已有資料，該技術還未得到成功應用。在“嫦娥”三號和四號飛行器的軟著陸任務中，采用粗精結合的避障算法進行自主障礙規避與著陸區選取。在接近段(2400m-100m)主要進行“粗避障”，根據被動探測獲得的光學信息基礎上重新設定制導目標并規劃著陸區域；在懸停、避障及緩速下降段(100m-2m)，通過采用激光雷達、激光高度計等敏感器得到月面高精度地形信息，選取最優著陸點實現“精避障”。

月球軟著陸自主障礙規避與著陸區選取技術的難點在于任務執行前缺乏月面高精度高程圖(Digital Elevation Model,DEM)信息，而當探測器在著陸末段獲得較精確的月面高程信息時已無法完成較大的避障機動。目前，基于接近段獲得的被動光學探測信息，障礙識別與安全著陸區選取主要通過分析環形山、石塊等障礙的明暗、陰影灰度特征實現，信息利用率不夠高。

發明內容

針對現有在月球軟著陸自主障礙規避與著陸區選取時信息利用率不夠高的問題，本發明提供一種在充分分析月面環形山形狀特征基礎上，對接近段待選著陸區進行粗略重建，從二維圖像恢復出三維信息，提升信息利用率的復雜月面接近段實現自主障礙規避的著陸區選取方法。

本發明的一種復雜月面接近段實現自主障礙規避的著陸區選取方法，所述方法包括：

S1、獲取在接近段測量的月球表面光學圖像，確定待選著陸區；

S2、在待選著陸區內提取環形山的形狀信息，再結合分形布朗運動FBM對待選著陸區內的環形山重建，計算環形山內各點坡度，根據設定的安全坡度，得到坡度小于安全坡度的區域作為可降落區；

S3、對待選著陸區進行紋理分析，評估粗糙度，得到待選著陸區的平坦的地塊；

S4、結合可降落區及平坦地塊選出最優可行著陸區。

作為優選，所述S2包括：

S21、提取出待選著陸區的環形山進行圓擬合，并計算出擬合環形山的坑唇間直徑D；

S22、根據公式一和公式二獲取環形山的深度H和坑唇高度H_r：

H＝0.196D^1.01 公式一

H_r＝0.036D^1.014 公式二