[发明专利]一种软着陆接力避障方法

摘要

一种软着陆接力避障方法，由粗避障阶段和精避障阶段配合完成天体软着陆，粗避障阶段利用可见光相机进行较大范围和较大障碍的粗检测，剔除直接威胁着陆安全的大障碍；接着在粗避障阶段选取的安全区域内利用激光扫描对天体表面进行精确三维障碍检测，获得并剔除较小尺寸的障碍，最大限度地保证着陆安全。本发明自主性好，可靠性高，可用于地形较为复杂的天体软着陆探测任务，对于距离较远的深空无人天体软着陆尤其适用；大大提高了避障能力和避障距离，增加了着陆的安全性；降低了对敏感器的技术指标要求，使得可见光和激光成像敏感器的研制难度降低，有利于工程应用。

主权项

一种软着陆接力避障方法，其特征在于由粗避障阶段和精避障阶段配合完成天体软着陆，所述粗避障阶段实现步骤如下：(1)粗避障阶段候选着陆区搜索对于粗避障阶段，在可见光成像敏感器视场内进行搜索，搜索过程为：以可见光成像敏感器视场中心为起点进行螺旋搜索，将每个像素的安全半径RSi记录下来，并计算每个像素安全半径RSi与安全着陆半径RL的比值，以此作为危及安全评价指标δri；平移一个像素后，继续前面的搜索和计算步骤，直至遍历整个可见光成像敏感器视场区域，最终搜索到符合要求的候选着陆区；所述候选着陆区对应的危及安全评价指标为δrm；(2)粗避障所需速度增量估算对步骤(1)中选出的候选着陆区，计算探测器从当前位置开始到达每一个候选着陆区所需的实际速度增量ΔV，并计算出实际速度增量与到达标称着陆点所需速度增量的比值，以此作为推进剂消耗评价指标δvm，m为候选着陆区的数量；所述标称着陆点指无避障过程到达的着陆点；(3)粗安全区确定利用步骤(1)的每个候选着陆区的危及安全评价指标δrm和步骤(2)的推进剂消耗评价指标δvm，根据公式(1)计算综合评价指标Qsm，Qsm最小的安全区域即为粗避障阶段选取的最优安全区Qsm＝a·δrm+b·δvm                   (1)式中，a和b分别为危及安全评价指标δrm和推进剂消耗评价指标δvm的加权值；所述精避障阶段实现步骤如下：(4)精避障阶段图像数据处理在精避障阶段，由激光三维成像敏感器对正下方的粗避障阶段选取的最优安全区进行成像，获得激光三维成像敏感器视场内三维高程图(DEM)数据信息；DEM数据处理步骤为：(a)确定DEM中的每个数据在激光三维成像敏感器测量坐标系下的坐标；(b)以每个像元作为一个单元格，用(i，j)标记每个单元格，其中i和j分别代表单元格所在的行数和列数；所述像元为一个或多个激光三维成像敏感器的水平分辨率；(5)计算坡度和粗糙度在步骤(4)得到的DEM数据内确定一个面积为Ss的区域，计算Ss区域内的坡度和粗糙度；(6)精避障安全着陆区选取以激光三维成像敏感器视场中心为起点进行螺旋搜索，边搜索边利用步骤(5)进行坡度和粗糙度计算，并结合任务对安全着陆区坡度和粗糙度的指标要求进行判断，确定此区域是否为安全着陆区域；若不是，根据式(2)计算当前区域的安全评价指标Si，平移一个单元格后重复步骤(5)的计算并进行搜索判断，直至找到符合要求的安全着陆区域为止；若通过上面的计算和搜索选到了符合要求的安全着陆区，则将当前的安全着陆区作为最终的安全着陆区；若搜索完整个视场内区域仍未选到符合要求的安全着陆区，则以安全评价指标Si最大值所在的安全区域作为最终的安全着陆区；所述安全评价指标Si为： S i = k θ θ d θ i + k r r d r i - - - ( 2 ) 其中，i代表某单元格，θd和rd为设计指标要求的安全坡度和半径，超出此数值将危及着陆安全，θi和ri分别为单元格i所在区域的坡度和精避障安全半径；kθ和kr分别为坡度和精避障安全半径的加权系数。