[发明专利]一种基于安全因子的复杂地形安全度评估方法

摘要

本发明涉及一种复杂地形安全度评估方法，尤其涉及一种基于安全因子的复杂地形安全度评估方法，属于深空探测技术领域。一种基于安全因子的复杂地形安全度评估方法，通过提出安全因子的概念，并将之具体化后应用在复杂地形安全度评估问题中，为复杂地形着陆任务安全性的考察提供了一种量化方法，进一步将评估结果进行等级划分，得到复杂地形的安全度。通过对安全因子具体形式的调整，该方法可被广泛应用到各类行星着陆任务的前期任务规划设计以及任务执行过程中，起到规避障碍、提高着陆性能、降低失败风险等作用。

主权项

1.一种基于安全因子的复杂地形安全度评估方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、确定具体化的安全因子表达式；安全因子由若干因素指标通过加权得到，结合任务需求及探测目标特点，选取需要进行评估的因素指标、采用的函数形式以及加权方式，得到具体化的安全因子表达式；安全因子的定义为SI＝F(factor1,factor2,...factorN)                     (1)其中，factor1,factor2,...factorN为安全因子中的因素指标，所述因素指标主要包括：地形情况、着陆速度及姿态、误差及环境干扰；在理想条件下，探测器应以零速度垂直降落在行星表面，但在实际过程中，由于误差与干扰的存在使得探测器的着陆速度与姿态均与预定状态有所偏差，因此在计算着陆速度及姿态时需考虑误差及环境干扰；选取地形情况、着陆速度以及着陆姿态作为评估因素，将每种因素指标的具体函数形式都设定为S型函数，权重均取为1，得到一个具体化的安全因子：其中，c₁、c₂和c₃为正常数；R为安全半径，即指探测器着陆点与最近障碍物之间的距离；v_fz为竖直速度分量；为推力方向与竖直方向的夹角；D为安全半径R的临界值；v_fzmax为竖直速度分量v_fz的临界值；为推力方向与竖直方向夹角的临界值；推力方向与竖直方向的夹角可由式(3)计算得到：其中，ax为推力产生的控制加速度在x轴的分量，ay为推力产生的控制加速度在y轴的分量，az为推力产生的控制加速度在z轴的分量；步骤二、评估复杂地形安全度；根据步骤一得到的具体化的安全因子对网格化后的复杂地形进行量化评估；通过设置区间，将评估结果分级，得到复杂地形安全度；在使用具体化的安全因子对复杂地形进行分析前，需要首先得到地形情况、着陆速度以及着陆姿态三部分指标各自的计算结果；将地形进行网格划分，对每一个网格分别按三种因素指标进行计算并将所有网格的计算结果整合在一张图上；将结果按照安全因子中的加权方式即式(4)进行相加，得到安全因子的计算结果；安全因子整体取值范围在0到3之间，值越大，该区域就越危险，反之则越安全；进一步通过设置区间对安全因子评估结果进行划分，得到复杂地形安全度；对安全因子计算结果进行分析得到安全因子等高线图；由于安全因子的整体取值范围为(0,3)，将其取值划分为6个区间，对应不同的地形安全度安全度越高，安全因子的值越小，表明着陆面临的危险越小。