專利名稱：月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及月球探測(cè)器在懸停階段根據(jù)月面地貌信息選取安全軟著陸區(qū)域技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
前蘇聯(lián)的Lunar系列月球探測(cè)器和美國(guó)的Surveyor系列月球探測(cè)器在月球上著陸之前，沒(méi)有對(duì)著陸區(qū)域的安全性進(jìn)行判別，直接軟著陸至月面；美國(guó)的Apollo系列探測(cè)器在著陸之前，由宇航員來(lái)選取著陸區(qū)域以保證著陸安全。對(duì)于無(wú)人月球軟著陸探測(cè)器，為了保證著陸安全，控制系統(tǒng)必須具備獲取月面信息并選取安全著陸區(qū)域的能力。日本SELENE-B探測(cè)器安裝了掃描式激光檢景器和圖像敏感器，其目的是在著陸前對(duì)月面成像，檢測(cè)障礙保證著陸安全。但是，并沒(méi)有見(jiàn)到著陸區(qū)域選取方法的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種在月球探測(cè)器的懸停階段，能夠根據(jù)月面成像敏感器所提供的三維月面信息，得到距離探測(cè)器最近的安全著陸區(qū)域的掃描選取方法。
本發(fā)明的方法的技術(shù)解決方案是月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于包括以下步驟(1)用月面成像敏感器獲得對(duì)應(yīng)區(qū)域的月面三維信息；(2)將月球探測(cè)器在著陸情況下所占區(qū)域的大小定義為單位面積，單位面積的中心定義為著陸中心；(3)以與當(dāng)前月球探測(cè)器接近的月面上的點(diǎn)作為著陸中心起始判別點(diǎn)，從里向外以順時(shí)針或逆時(shí)針螺旋形式或環(huán)形方式按固定距離逐步移動(dòng)著陸中心，逐個(gè)判別每個(gè)著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域是否滿足著陸條件；
(4)若著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域不滿足著陸條件，則繼續(xù)移動(dòng)著陸中心進(jìn)行判別；若著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域滿足著陸條件，則月球探測(cè)器移動(dòng)至所述著陸區(qū)域處降落。
所述的步驟(3)中以固定距離逐步移動(dòng)著陸中心，固定距離等于月面成像敏感器平面分辨率的距離。
所述的步驟(3)中以固定距離逐步移動(dòng)著陸中心，固定距離為0.1～1m。
所述的步驟(3)中著陸條件包括坡度和最大凸起高度兩個(gè)條件。
所述的坡度為0～8°。
所述的最大凸起高度為0～20cm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)在最小的水平位移范圍內(nèi)找到適于探測(cè)器降落的地點(diǎn)，具有一定的減少燃料消耗的作用；(2)所選區(qū)域可以保證探測(cè)器著陸安全。


圖1為本發(fā)明選取的單位面積S；圖2為著陸中心以順時(shí)針的螺旋形式進(jìn)行掃描選??；圖3為著陸中心以逆時(shí)針的螺旋形式進(jìn)行掃描選?。粓D4為著陸中心以環(huán)形的形式從里向外進(jìn)行掃描選取。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1月面成像敏感器的平面分辨率為0.1m，則通過(guò)月面成像敏感器可以得到月面上每間隔0.1m的點(diǎn)的高度信息。如圖1所示，將月球探測(cè)器在著陸情況下所占區(qū)域的面積定義為單位面積S，將單位面積S的中心定義為著陸中心，圖中每個(gè)網(wǎng)格的寬度為0.1m。如果單位面積S為0.2m×0.2m，則S共有3×3個(gè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)。
從當(dāng)前月球探測(cè)器正對(duì)應(yīng)的月面上的點(diǎn)為著陸中心起始判別點(diǎn)，以順時(shí)針螺旋形式從里向外逐個(gè)點(diǎn)移動(dòng)著陸中心，如圖2所示，對(duì)每個(gè)著陸中心所在的單位面積S內(nèi)的所有高度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，判斷相應(yīng)單位面積的著陸區(qū)域是否安全。
安全著陸區(qū)域的條件為著陸區(qū)域的坡度不大于8°，著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm。
設(shè)S大小區(qū)域內(nèi)的n×n組數(shù)據(jù)(xij，yi，zj)(i，j＝1，2，…，n)，其中(yi，zj)代表平面位置，xij代表(yi，zj)處的高度。著陸區(qū)的坡度可以通過(guò)最小二乘法估計(jì)求得。設(shè)由觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合出的平面方程為x＝a0+a1y+a2z其中，a0、a1、a2為待定系數(shù)。求系數(shù)a0、a1、a2使得H=Σi=1nΣj=1n[x(yi,zj)-xij]2=Σi=1nΣj=1n[a0+a1yi+a2zj-xij]2]]>達(dá)到最小。由最小二乘法求得系數(shù)a0a1a2=n2nΣi=1nyinΣj=1nzjnΣi=1nyinΣi=1nyi2Σi=1nΣj=1nyizjnΣj=1nzjΣi=1nΣj=1nyizjnΣj=1nzj2-1Σi=1nΣj=1nxijΣi=1nΣj=1nxijyiΣi=1nΣj=1nxijzj]]>則，要求著陸區(qū)坡度 為保證“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”，即要保證|a0+a1yi+a2zj-xij|＜20cm(i，j＝1，2，…，n)若著陸中心所對(duì)應(yīng)的單位面積不滿足著陸條件，著陸中心繼續(xù)進(jìn)行掃描，直至搜索到安全的著陸區(qū)域?yàn)橹埂?br> 當(dāng)前著陸點(diǎn)周圍的數(shù)據(jù)為(0.05，0.2，-0.1) (0.05，0.2，0) (0.05，0.2，0.1) (0.1，0.2，0.2)
(0.3，0.1，-0.1) (0.3，0.1，0) (0.3，0.1，0.1) (0.1，0.1，0.2)(0，0，-0.1) (0，0，0) (0，0，0.1) (0.2，0，0.2)(0.3，-0.1，-0.1) (0.3，-0.1，0) (0.3，-0.1，0.1) (0，-0.1，0.2)第一步著陸中心位于當(dāng)前著陸點(diǎn)(0，0，0)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.2；a1＝0；a2＝0；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為0°，滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.10.10.10.20.20.20.10.10.1不滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
第二步將著陸中心上移一步，位于(0.3，0.1，0)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.09；a1＝0.25；a2＝0；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為14°，不滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.090.090.090.180.180.180.090.090.09滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
第三步將著陸中心再右移一步，位于(0.3，0.1，0.1)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.11；a1＝0；a2＝0.08；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為4.76°，滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.110.120.07
0.190.180.030.060.070.03滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
該點(diǎn)(0.3，0.1，0.1)就是距離當(dāng)前月球探測(cè)器最近的著陸中心，月球探測(cè)器移動(dòng)至該點(diǎn)的上方，然后降落即可。
實(shí)施例2月面成像敏感器的平面分辨率為0.1m，則通過(guò)月面成像敏感器可以得到月面上每間隔0.1m的點(diǎn)的高度信息。如圖1所示，將月球探測(cè)器在著陸情況下所占區(qū)域的面積定義為單位面積S，將單位面積S的中心定義為著陸中心，圖中每個(gè)網(wǎng)格的寬度為0.1m。如果單位面積S為0.2m×0.2m，則S共有3×3個(gè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)。
從當(dāng)前月球探測(cè)器正對(duì)應(yīng)的月面上的點(diǎn)為著陸中心起始判別點(diǎn)，以逆時(shí)針螺旋形式從里向外逐個(gè)點(diǎn)移動(dòng)著陸中心，如圖3所示，對(duì)每個(gè)著陸中心所在的單位面積S內(nèi)的所有高度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，判斷相應(yīng)單位面積的著陸區(qū)域是否安全。
安全著陸區(qū)域的條件為著陸區(qū)域的坡度不大于8°，著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm。
當(dāng)前著陸點(diǎn)周圍的數(shù)據(jù)為(0.05，0.2，0.2) (0.05，0.2，-0.1) (0.05，0.2，0) (0.05，0.2，0.1)(0.2，0.1，0.2) (0.3，0.1，-0.1) (0.3，0.1，0) (0.3，0.1，0.1)(0.15，0，0.2) (0，0，-0.1) (0，0，0) (0，0，0.1)(0，-0.1，0.2) (0.3，-0.1，-0.1) (0.3，-0.1，0) (0.3，-0.1，0.1)第一步著陸中心位于當(dāng)前著陸點(diǎn)(0，0，0)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.2； a1＝0； a2＝0；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為0°，滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為
0.10.10.10.20.20.20.10.10.1不滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
第二步將著陸中心上移一步，位于(0.3，0.1，0)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.09；a1＝0.25；a2＝0；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為14°，不滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.090.090.090.180.180.180.090.090.09滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
第三步將著陸中心再左移一步，位于(0.3，0.1，-0.1)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.13；a1＝0；a2＝-0.08；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為4.76°，滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.020.120.110.070.180.190.080.070.06滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
該點(diǎn)(0.3，0.1，-0.1)就是距離當(dāng)前月球探測(cè)器最近的著陸中心，月球探測(cè)器移動(dòng)至該點(diǎn)的上方，然后降落即可。
實(shí)施例3月面成像敏感器的平面分辨率為0.1m，則通過(guò)月面成像敏感器可以得到月面上每間隔0.1m的點(diǎn)的高度信息。如圖1所示，將月球探測(cè)器在著陸情況下所占區(qū)域的面積定義為單位面積S，將單位面積S的中心定義為著陸中心，圖中每個(gè)網(wǎng)格的寬度為0.1m。如果單位面積S為0.2m×0.2m，則S共有3×3個(gè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)。
從當(dāng)前月球探測(cè)器正對(duì)應(yīng)的月面上的點(diǎn)為著陸中心起始判別點(diǎn)，是按照環(huán)形的方式，從里向外移動(dòng)著陸中心，如圖4所示，對(duì)每個(gè)著陸中心所在的單位面積S內(nèi)的所有高度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，判斷相應(yīng)單位面積的著陸區(qū)域是否安全。
安全著陸區(qū)域的條件為著陸區(qū)域的坡度不大于8°，著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm。
當(dāng)前著陸點(diǎn)周圍的數(shù)據(jù)為(0.3，0.1，-0.1)(0.3，0.1，0) (0.3，0.1，0.1) (0，0.1，0.2)(0，0，-0.1)(0，0，0) (0，0，0.1) (0.2，0，0.2)(0.3，-0.1，-0.1) (0.3，-0.1，0) (0.3，-0.1，0.1) (0.1，-0.1，0.2)(0.05，-0.2，-0.1) (0.05，-0.2，0) (0.05，-0.2，0.1) (0.1，-0.2，0.2)第一步著陸中心位于當(dāng)前著陸點(diǎn)(0，0，0)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.2；a1＝0；a2＝0；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為0°，滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.10.10.10.20.20.20.10.10.1不滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
第二步將著陸中心下移一步，位于(0.3，-0.1，0)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.09；a1＝-0.25；a2＝0；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為14°，不滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；
可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.090.090.090.180.180.180.090.090.09滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
第三步將著陸中心再右移一步，位于(0.3，-0.1，0.1)。
由單位面積內(nèi)9組數(shù)據(jù)得到的系數(shù)a0＝0.11；a1＝0；a2＝0.08；可計(jì)算得著陸坡度θ的值為4.76°，滿足“著陸區(qū)坡度小于8°”的條件；可分別計(jì)算出9個(gè)點(diǎn)的凸起高度為0.110.120.070.190.180.030.060.070.03滿足“著陸區(qū)域內(nèi)凸起高度小于20cm”的條件。
該點(diǎn)(0.3，-0.1，0.1)就是距離當(dāng)前月球探測(cè)器最近的著陸中心，月球探測(cè)器移動(dòng)至該點(diǎn)的上方，然后降落即可。
權(quán)利要求
1.月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于包括以下步驟(1)用月面成像敏感器獲得對(duì)應(yīng)區(qū)域的月面三維信息；(2)將月球探測(cè)器在著陸情況下所占區(qū)域的大小定義為單位面積，單位面積的中心定義為著陸中心；(3)以與當(dāng)前月球探測(cè)器接近的月面上的點(diǎn)作為著陸中心起始判別點(diǎn)，從里向外以固定距離移動(dòng)著陸中心，逐個(gè)判別每個(gè)著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域是否滿足著陸條件；(4)若著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域不滿足著陸條件，則繼續(xù)移動(dòng)著陸中心進(jìn)行判別；若著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域滿足著陸條件，則月球探測(cè)器移動(dòng)至所述著陸區(qū)域處降落。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的步驟(3)中從里向外移動(dòng)著陸中心，是以螺旋形式從里向外移動(dòng)著陸中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的以螺旋形式從里向外移動(dòng)著陸中心是以順時(shí)針的螺旋形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的以螺旋形式從里向外移動(dòng)著陸中心是以逆時(shí)針的螺旋形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的步驟(3)中從里向外移動(dòng)著陸中心，是按照環(huán)形的方式，從里向外移動(dòng)著陸中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的步驟(3)中以固定距離逐步移動(dòng)著陸中心，固定距離等于月面成像敏感器平面分辨率的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的步驟(3)中以固定距離逐步移動(dòng)著陸中心，固定距離為0.1～1m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的步驟(3)中著陸條件包括坡度和最大凸起高度兩個(gè)條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的坡度為0～8°。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，其特征在于所述的最大凸起高度為0～20cm。
全文摘要
月球探測(cè)器懸停階段掃描選取安全著陸區(qū)域方法，涉及月球探測(cè)器軟著陸技術(shù)領(lǐng)域，選取方法為用月面成像敏感器獲得相應(yīng)區(qū)域的月面三維信息；將月球探測(cè)器在著陸情況下所占區(qū)域的大小定義為單位面積，單位面積的中心定義為著陸中心；以與當(dāng)前月球探測(cè)器接近的月面上的點(diǎn)作為著陸中心起始判別點(diǎn)，從里向外以固定距離逐步移動(dòng)著陸中心，逐個(gè)判別每個(gè)著陸中心所在單位面積的著陸區(qū)域是否滿足著陸條件；若不滿足著陸條件，則繼續(xù)移動(dòng)著陸中心進(jìn)行判別；若滿足著陸條件，則月球探測(cè)器移動(dòng)至相應(yīng)位置處降落。本發(fā)明能在最小的水平位移范圍內(nèi)找到適于探測(cè)器降落的地點(diǎn)，具有一定的減少燃料消耗的作用。
文檔編號(hào)G01C21/24GK101074880SQ20071013018
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者關(guān)軼峰, 王大軼, 黃翔宇, 何英姿 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所