[发明专利]一种针对复杂地形的巡视探测器平均自由程计算方法

摘要

本发明公开了一种针对于复杂地形环境的巡视探测器平均自由程计算方法，包括以下步骤：巡视探测器定位点和行驶方向的选择；巡视探测器车体投影区域可通过性判定；平均自由程计算。本发明通过建立星体地形数字高程图DEM，真实反映巡视探测器的探测环境，可应用于存在各种类型障碍(例如斜坡和不规则障碍)的复杂地形环境中，并且计算精度不受地形复杂程度的影响。本发明通过按固定角度间隔旋转星体地形数字高程图DEM图，并在每幅图上均沿固定方向直行的方法进行平均自由程计算，降低了算法复杂度，同时提高了仿真速度。本发明将坡度和高程值差作为单次自由程计算终止的判定条件，综合考虑了巡视探测器的爬坡能力和越障能力。

主权项

一种针对于复杂地形环境的巡视探测器平均自由程计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、巡视探测器定位点和行驶方向的选择A1、生成星体地形数字高程图Digital Elevation Map，DEM由数字高程模型描述的某星体表面区域的地形数据是一组三维向量有限序列，用函数的形式描述为：Vi＝(Xi，Yi，Zi)(i＝1，2，3，…，n)，其中，Xi，Yi是平面坐标，Zi是Xi，Yi对应的高程；在Matlab软件中首先编程实现平面坐标及高程的范围提取，即寻找X方向最小值Xmin和最大值Xmax、Y方向最小值Ymin和最大值Ymax、Z方向最小值Zmin和最大值Zmax；然后，确定地图中每个像素所代表的空间尺寸及不同灰度值所代表的高程值，建立用灰度图像描述的数字高程图，其中，0‑255的灰度值与Zmin‑Zmax之间为线性的映射关系；A2、选择行驶方向平均自由程为多次随机选择起始位置和行驶方向所获取的自由程的平均值，需要耗费很长的仿真时间；为了降低算法复杂度，提高仿真速度，选择按固定角度间隔旋转星体地形数字高程图DEM，然后在每幅图上均沿固定方向行驶的方法进行平均自由程计算，避免随机选择方向行驶时车体投影区域计算的复杂性；A3、随机选点行驶确定固定行驶方向后，在每幅星体地形数字高程图DEM中随机选择起始点作为巡视探测器起步的中心点，按照车体尺寸在星体地形数字高程图DEM中割取中心点周围车体投影范围内的地形高程数据；B、巡视探测器车体投影区域可通过性判定可通过性判定包括两个方面，一是坡度限制，另一个是垂直高度限制，两者皆为单次自由程计算终止的判定条件；设巡视探测器宽为b，越障能力即垂直高度为h，能爬越的坡度限制为θ；其中，步骤B1是坡度判定，步骤B2是垂直高度判定；当两者通过判定结果皆为巡视探测器可通过，则判定车体投影区域是可通过的；B1、选择车体投影范围内的地形高程数据，利用最小二乘法进行空间平面 拟合，根据拟合得到的空间平面参数获取车体投影区域的坡度信息，根据巡视探测器的行驶能力，坡度大于θ即为不可通过该区域，作为单次自由程计算终止的判定条件之一；B2、在投影区域前部车宽b*h/tan θ的区域内，搜索最小高程值和最大高程值，若两者之差大于h，则认为超出越障能力范围，即不可通过，作为单次自由程计算终止的另一判定条件；C、平均自由程计算每次仿真计算自由程时，以直行遇到不可通过处为终点，获取单次能够行驶的最长直线距离，多次统计后求和平均，便可求出平均自由程。