[发明专利]一种受限约束下的月背复杂地形可通过性判别方法及系统

说明书

本发明提出一种受限约束下的月背复杂地形可通过性判别方法及系统。嫦娥4号巡视器作为人类首个月背移动探测平台，在月球背面执行巡视探测任务。月背地形更加的崎岖复杂，坑哇遍布，且执行任务多，给巡视探测带来了更高的技术挑战和难度。其移动、休眠、科学探测等任务需要在各种约束条件下完成，这些约束条件比嫦娥3号更加严格，包括，高度阈值，坡度阈值，最大曲率，休眠点滚动角、俯仰角与偏航角，太阳方位、中继星方位、移动速度、避障相机参与地形分析等。本专利提出了一种受限约束下的月背复杂地形可通过性判别方法，对复杂地形地貌上的导航路径进行可通过性判别，为月面巡视探测奠定基础。

技术领域

本发明涉及月背复杂地形可通过性判别方法及系统，属于月背路径规划技术领域。

背景技术

嫦娥4号巡视器进行人类首次月背巡视探测任务，揭开了月背的神秘面纱，将月球背面地形地貌展现在了全人类面前，进一步增加了人类对月球的认知。相比较于面向地球的一面，月背地形更加的崎岖复杂，坑哇遍布，且执行任务更多，给巡视探测带来了更高的技术挑战和难度。月背真实地形见图1。

地面导航规划与控制子系统负责在获取遥测工程值和图像数据的基础上，完成全局环境感知，进行导航单元规划并生成巡视器移动的控制策略。作为巡视器遥操作的重要环节，在月球背面巡视探测任务中，也面对着由地形复杂性带来的更严峻的技术挑战，甚至一定程度上决定着月面巡视探测任务的成败。

以嫦娥3号探测任务为背景提出的一种巡视器地面导航规划控制方法，给出了基于导航相机的月面导航单元规划的流程，包括：序列图像拼接、三维地形恢复、地形可通过性分析、路径规划和移动策略生成等。该专利给出了巡视器导航规划一般的通用步骤，可以给予该流程生成移动策略。但是月背探测任务、面对复杂地形，为避免漏判和错判，保证巡视器安全，亟需面对复杂地形的路径可通过性的判别方法。

嫦娥4号巡视器作为首个月背移动探测平台，其移动分系统采用六轮摇臂悬架方案，具备前进与后退、转向、制动和一定的越障能力。移动、休眠、科学探测等任务需要在各种约束条件下完成，这些约束条件比嫦娥3号更加严格，约束条件包括，高度阈值，坡度阈值，最大曲率，休眠点滚动角、俯仰角与偏航角，太阳方位、中继星方位、移动速度、避障相机参与地形分析等。亟需考虑多种约束的判别方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种受限约束下的月背复杂地形可通过性判别方法及系统，通过对在三维地形上生成的路径进行分析，判断路径是否在约束条件下可通过，为月背巡视探测任务中可通过性判断问题奠定基础。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种受限约束下的月背复杂地形可通过性判别方法，步骤如下：

(1)获得目标位置、路径、三维地形点云图像；

(2)建立地形约束、运动约束、位姿约束；

(3)判断运动约束；

(4)根据地形约束进行适宜度分析，将地形障碍分为跨过障碍、经过障碍、新图像三类；

(5)分别分析跨过障碍、经过障碍以及新图像障碍，判断可通过性，从而完成受限约束下的月背复杂地形可通过性判别。

所述目标位置是指巡视器本次移动的目标，以车身为原点，在北东地坐标系下移动目标的位置点；路径为已有导航规划结果；三维地形点云图像为导航相机图像的三维拼接点云地形。

地形约束G_P是指地形特征和巡视器移动能力结合考虑在地形上映射的约束，包括允许坡度、最大允许高度、最大地形粗糙度，表示为集合：G_P＝{x_i|i＝1,2,3}。