[发明专利]一种月球表面安全着陆区选择方法及系统

说明书

本发明公开了一种月球表面安全着陆区选择方法及系统，针对栅格格式的高分辨率遥感影像数据，使用双阈值图像分割方法对月球表面正负微地形进行识别；计算预选着陆区中的每一个格网的平坦区百分比，生成一张预选着陆区平坦区百分比栅格图像；统计月球成功着陆任务的着陆区平坦区百分比平均值作为月球着陆区安全性的评价阈值；根据计算预选着陆区中的每一个格网的平坦区百分比与评价阈值进行比较，小于评价阈值为不安全格网，大于等于评价阈值为安全网格，生成预选着陆区安全评价结果的栅格图像。将着陆区划分为安全和不安全网格，实现安全着陆区域的精确选择。

技术领域

本公开涉及行星遥感数字图像处理和行星表面数字地形分析技术领域，特别是涉及一种月球表面安全着陆区选择方法及系统。

背景技术

月球作为地球的天然卫星，是人类深空探测的首选目标，月球探测和研究对于我国科技、经济和社会发展等方面具有重大战略意义。

从20世纪60年代至今，美国和苏联等国家先后发射了多个系列的月球着陆探测器。限于工程技术和科学水平，早期的月球着陆探测器(如Luna和Surveyor系列)不具备障碍识别和安全着陆区选择能力，因此其着陆成功率非常低。后期美国的Apollo着陆器系列则是由宇航员观测着陆区形貌，手工操纵控制系统来实现安全着陆区选择，较大的提高了着陆成功率。现今，月表着陆区选择多是通过基于月表数字高程模型(DEM)数据分析月表的形貌，提取月表的坡度、粗糙度和撞击坑密度等地形因子来选择预选着陆区。比如，美国在未来的行星着陆探测任务中提出了基于激光雷达三维成像的着陆自主避障技术，但该技术仅停留在方案设计阶段，并未得到具体实现并应用。此外，俄罗斯Luna-25月球着陆器计划于2019年发射并着陆于月表近南极区域，着陆安全区选择要求平坦且坡度小于7°。我国未来“嫦娥四号”(CE-4)和“嫦娥五号”(CE-5)着陆区任务将要着陆于月球南极艾肯盆地和风暴洋区域，前人使用分辨率为～59m的月球激光高度计数据分析，其着陆区99％区域坡度小于15°，94％区域坡度小于5°，是一个适合着陆的平坦区域。

从以上月表着陆任务选择安全着陆区的方法可以看出，其实现过程和结果存在以下两个问题：

(1)着陆区的选择多基于DEM数据生成的月表地形因子(比如，起伏、坡度、粗糙度和撞击坑密度等)进行统计分析，选择安全性较高的着陆区。但是月球表面DEM数据的精度较低(十米级别)，而月球着陆区表面存在着大量的米级甚至分米级的负地形(撞击坑、沟槽)和正地形(皱脊，陡坡和石块等)对象，是着陆器着陆和巡视器路径规划的潜在威胁。DEM数据的分辨率较低，难以对预选着陆区的形貌和米级威胁进行全面、细致的研究。

(2)现有技术中没有系统、准确的描述月表地形因子的安全评价阈值，难以定量的对月表着陆区安全性进行综合评价和选择。以坡度为例，没有描述着陆区安全坡度阈值的评价方法，也没有验证坡度位于阈值区域内适合着陆的正确性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开的实施例子提供了一种月球表面安全着陆区选择方法，能够准确的选择月球表面安全着陆区。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种月球表面安全着陆区选择方法，包括：

针对栅格格式的高分辨率遥感影像数据，使用双阈值图像分割方法对月球表面正负微地形进行识别，将识别结果划分为出阴影区、光照区和平坦区，每个区域用不同的数值表示，得到三值图像；

三值图像中，针对预选着陆区进行正方形网格划分，计算每一个格网的平坦区百分比，具体为该格网中划分为平坦区的像元个数与该格网中总的像元个数之比，生成一张预选着陆区平坦区百分比栅格图像；

计算以往月球成功着陆探测任务的着陆区的平坦区百分比，统计成功着陆区的平均平坦区百分比作为月球着陆区安全性的评价阈值；