[发明专利]一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法

权利要求书

1.一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，其特征在于步骤如下：

(1)着陆器上的激光雷达对着陆区域环境进行扫描，生成着陆区域环境三维点云，从着陆区域环境三维点云成功提取地形水平面；成功提取地形水平面后，将着陆区域环境三维点云分割为地形平面子点云与非地形平面子点云；

(2)从非地形平面子点云，分割出空间位置独立的物体，每个物体形成单独的子点云，提取每个物体形成的单独的子点云的轮廓，生成包围物体的最小长方体，进而确定物体的外形尺寸以及其最小长方体重心与地形水平面的关系，从而确定每个物体的障碍属性；

从非地形平面子点云，分割出空间位置独立的物体的方法包括：

1.1对第(1)确定非地形平面子点云Xm_i，构建三维k-d树Tr；

1.2对Xm_i中的任一点pj，在Tr中搜索与其欧式距离小于阈值r0的点，形成邻域点集N；

1.3对点集N中的任一点，在Tr中搜索与其欧式距离小于阈值r0的点，并增加至点集N，直至N中再无新点加入，此时N记为一个独立子点云；

计算N在Xm_i中的补集M，对M中的每个点重复步骤1.2、1.3，形成若干个独立的子点云，直至M为空，定义形成了c个独立子点云N1～Nc；

(3)根据第(2)确定的每个物体的障碍属性，将步骤(1)的着陆区域环境三维点云划分为安全区域子点云以及障碍物子点云，对步骤(1)的安全区域子点云中的每个点进行邻域搜索，获取每个点的最大安全半径；对安全区域子点云中所有点的最大安全半径进行排序，取最大安全半径的最大值，最大安全半径的最大值有一个以上，则从中选择距离着陆器最近的点，作为最佳着陆点，该点对应的最大安全半径为最佳落区半径；

获取每个点的最大安全半径的方法包括：采用r半径邻域搜索，获得安全区域子点云中任一点的r半径邻域点索引，r半径邻域点索引与与障碍物点云索引进行求交集运算，根据交集是否为空，判断r半径邻域是否安全，对r不断进行迭代增加，获得每个点的最大安全半径；

(4)着陆末段，飞行器与待着陆区之间相对缓慢运动，着陆器对着陆区域环境进行扫描，形成连续多帧的着陆区域环境三维点云，前后两帧点云之间是空间位置上的刚体变换关系，使用刚体变换矩阵来表征；

对连续序列点云采用最近点迭代算法获取两帧之间的刚体变换矩阵，且最近点迭代算法中，对连续序列点云帧的互相关矩阵H进行奇异值分解，从而获得刚体变换矩阵T；

将据步骤(1)～(3)得到的最佳着陆点，作为前一帧得到的最佳着落点，根据该前一帧得到的最佳着落点以及刚体变换矩阵，能够确定前一帧识别出的最佳着落点在当前帧中的位置，实现对最佳着陆点的跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，其特征在于：着陆器，具体为：执行软着陆任务的无人飞行器。

3.根据权利要求1所述的一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，其特征在于：激光雷达，具体为一种测距仪器，能够对空间环境进行连续扫描，获取环境表面的三维点云。

4.根据权利要求1所述的一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，其特征在于：着陆末段，是指：着陆器着陆过程中，经过主减速段、接近段后，此时着陆器水平速度基本降为零，距离着陆区表面在百米量级左右，缓慢降落的阶段。

5.根据权利要求1所述的一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，其特征在于：每个物体的障碍属性，包括：突起物和凹坑。