[发明专利]一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法

说明书

本发明一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，(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，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，确定每个物体的障碍属性；(3)将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，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，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，实现最佳着陆点选取。

技术领域

本发明涉及一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，属于飞行器着陆末段自主导航技术领域。

背景技术

近年来，地外天体巡视探测、无人机领域发展迅速，探测器及无人机着陆末段，最佳着陆点选取与跟踪作为其中的一项关键技术，是提高着陆安全性和对着陆环境适应性的有效手段，也是建立导航解算坐标系、为探测器和无人机导航系统提供目标点的基础和先决条件。传统方法主要有两类：1.基于星表遥感观测先验知识，人为预定着陆点/着陆区；2.采用图像处理技术，实时、自主识别着陆区与着陆点，再通过投射信标或特征点识别等方法跟踪着陆点。这两种方法都各自有一定的缺陷，第一种方法自主性差，对环境的实时适应性能力不足，依赖先验的遥感探测信息，如果探测信息有误或者信息精确度不够则会造成着陆点预定策略的失败。第二种方法主要存在易受光照影响，实际实施中要求一定的光照条件，算法复杂度也较高。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，仅依靠激光雷达生成的三维点云实现对目标区域内的最佳着陆点选取，该方法可以有效地解决单纯依靠人为预定着陆点方法存在的着陆过程中无法进行实时、自主导航的缺陷，同时可以避免光照的不利影响。

本发明解决的技术方案为：一种应用激光雷达进行最佳着陆点选取方法，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中心距离地形水平面的距离，从而确定每个物体的障碍属性；

(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。

优选的，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；

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。

优选的，着陆器，具体为：执行软着陆任务的无人飞行器。

优选的，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。

优选的，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。