月球探测器悬停阶段扫描选取安全着陆区域方法

具体实施方式

实施例1：

月面成像敏感器的平面分辨率为0.1m，则通过月面成像敏感器可以得到月面上每间隔0.1m的点的高度信息。如图1所示，将月球探测器在着陆情况下所占区域的面积定义为单位面积S，将单位面积S的中心定义为着陆中心，图中每个网格的宽度为0.1m。如果单位面积S为0.2m×0.2m，则S共有3×3个点的高度数据。

从当前月球探测器正对应的月面上的点为着陆中心起始判别点，以顺时针螺旋形式从里向外逐个点移动着陆中心，如图2所示，对每个着陆中心所在的单位面积S内的所有高度数据进行运算，判断相应单位面积的着陆区域是否安全。

安全着陆区域的条件为：着陆区域的坡度不大于8°，着陆区域内凸起高度小于20cm。

设S大小区域内的n×n组数据(x_ij，y_i，z_j)(i，j＝1，2，…，n)，其中(y_i，z_j)代表平面位置，x_ij代表(y_i，z_j)处的高度。着陆区的坡度可以通过最小二乘法估计求得。设由观测数据拟合出的平面方程为

x＝a₀+a₁y+a₂z

其中，a₀、a₁、a₂为待定系数。求系数a₀、a₁、a₂使得

$>>H>=>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>>[>x>>(>>y>i>>,>>z>j>>)>>->>x>ij>>]>>2>>=>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>>[>>a>0>>+>>a>1>>>y>i>>+>>a>2>>>z>j>>->>x>ij>>]>>2>>>s>$

达到最小。由最小二乘法求得系数

$>\left(\begin{array}{}>>>>a>0>\; >>>>>a>1>\; >>>>>a>2>\; >\end{array},\left(\begin{array}{}>>>>n>2>\; >>n>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>y>i>\; >>n>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>z>j>\; >>>>n>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>y>i>\; >>n>>\Sigma >>i>=>1>>n>sup>>y>i>2sup>\; >>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>y>i>>>z>j>\; >>>>n>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>z>j>\; >>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>y>i>>>z>j>\; >>n>>\Sigma >>j>=>1>>n>sup>>z>j>2sup>\; >\end{array},\left(\begin{array}{}>>>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>x>ij>\; >>>>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>x>ij>>>y>i>\; >>>>>\Sigma >>i>=>1>>n>>>\Sigma >>j>=>1>>n>>>x>ij>>>z>j>\; >\end{array}\right)\right)\right)$

则，要求着陆区坡度：

为保证“着陆区域内凸起高度小于20cm”，即要保证

|a₀+a₁y_i+a₂z_j-x_ij|＜20cm(i，j＝1，2，…，n)

若着陆中心所对应的单位面积不满足着陆条件，着陆中心继续进行扫描，直至搜索到安全的着陆区域为止。

当前着陆点周围的数据为：

(0.05，0.2，-0.1) (0.05，0.2，0) (0.05，0.2，0.1) (0.1，0.2，0.2)

(0.3，0.1，-0.1)  (0.3，0.1，0)  (0.3，0.1，0.1)  (0.1，0.1，0.2)

(0，0，-0.1)      (0，0，0)      (0，0，0.1)      (0.2，0，0.2)

(0.3，-0.1，-0.1) (0.3，-0.1，0) (0.3，-0.1，0.1) (0，-0.1，0.2)

第一步：着陆中心位于当前着陆点(0，0，0)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.2；a₁＝0；a₂＝0；

可计算得着陆坡度θ的值为0°，满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.1    0.1    0.1

0.2    0.2    0.2

0.1    0.1    0.1

不满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

第二步：将着陆中心上移一步，位于(0.3，0.1，0)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.09；a₁＝0.25；a₂＝0；

可计算得着陆坡度θ的值为14°，不满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.09    0.09    0.09

0.18    0.18    0.18

0.09    0.09    0.09

满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

第三步：将着陆中心再右移一步，位于(0.3，0.1，0.1)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.11；a₁＝0；a₂＝0.08；

可计算得着陆坡度θ的值为4.76°，满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.11    0.12    0.07

0.19    0.18    0.03

0.06    0.07    0.03

满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

该点(0.3，0.1，0.1)就是距离当前月球探测器最近的着陆中心，月球探测器移动至该点的上方，然后降落即可。

实施例2：

月面成像敏感器的平面分辨率为0.1m，则通过月面成像敏感器可以得到月面上每间隔0.1m的点的高度信息。如图1所示，将月球探测器在着陆情况下所占区域的面积定义为单位面积S，将单位面积S的中心定义为着陆中心，图中每个网格的宽度为0.1m。如果单位面积S为0.2m×0.2m，则S共有3×3个点的高度数据。

从当前月球探测器正对应的月面上的点为着陆中心起始判别点，以逆时针螺旋形式从里向外逐个点移动着陆中心，如图3所示，对每个着陆中心所在的单位面积S内的所有高度数据进行运算，判断相应单位面积的着陆区域是否安全。

安全着陆区域的条件为：着陆区域的坡度不大于8°，着陆区域内凸起高度小于20cm。

当前着陆点周围的数据为：

(0.05，0.2，0.2) (0.05，0.2，-0.1) (0.05，0.2，0) (0.05，0.2，0.1)

(0.2，0.1，0.2)  (0.3，0.1，-0.1)  (0.3，0.1，0)  (0.3，0.1，0.1)

(0.15，0，0.2)   (0，0，-0.1)      (0，0，0)      (0，0，0.1)

(0，-0.1，0.2)   (0.3，-0.1，-0.1) (0.3，-0.1，0) (0.3，-0.1，0.1)

第一步：着陆中心位于当前着陆点(0，0，0)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.2；  a₁＝0；  a₂＝0；

可计算得着陆坡度θ的值为0°，满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.1    0.1    0.1

0.2    0.2    0.2

0.1    0.1    0.1

不满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

第二步：将着陆中心上移一步，位于(0.3，0.1，0)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.09；a₁＝0.25；a₂＝0；

可计算得着陆坡度θ的值为14°，不满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.09    0.09    0.09

0.18    0.18    0.18

0.09    0.09    0.09

满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

第三步：将着陆中心再左移一步，位于(0.3，0.1，-0.1)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.13；a₁＝0；a₂＝-0.08；

可计算得着陆坡度θ的值为4.76°，满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.02    0.12    0.11

0.07    0.18    0.19

0.08    0.07    0.06

满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

该点(0.3，0.1，-0.1)就是距离当前月球探测器最近的着陆中心，月球探测器移动至该点的上方，然后降落即可。

实施例3：

月面成像敏感器的平面分辨率为0.1m，则通过月面成像敏感器可以得到月面上每间隔0.1m的点的高度信息。如图1所示，将月球探测器在着陆情况下所占区域的面积定义为单位面积S，将单位面积S的中心定义为着陆中心，图中每个网格的宽度为0.1m。如果单位面积S为0.2m×0.2m，则S共有3×3个点的高度数据。

从当前月球探测器正对应的月面上的点为着陆中心起始判别点，是按照环形的方式，从里向外移动着陆中心，如图4所示，对每个着陆中心所在的单位面积S内的所有高度数据进行运算，判断相应单位面积的着陆区域是否安全。

安全着陆区域的条件为：着陆区域的坡度不大于8°，着陆区域内凸起高度小于20cm。

当前着陆点周围的数据为：

(0.3，0.1，-0.1)    (0.3，0.1，0)   (0.3，0.1，0.1)   (0，0.1，0.2)

(0，0，-0.1)        (0，0，0)       (0，0，0.1)       (0.2，0，0.2)

(0.3，-0.1，-0.1)   (0.3，-0.1，0)  (0.3，-0.1，0.1)  (0.1，-0.1，0.2)

(0.05，-0.2，-0.1)  (0.05，-0.2，0) (0.05，-0.2，0.1) (0.1，-0.2，0.2)

第一步：着陆中心位于当前着陆点(0，0，0)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.2；a₁＝0；a₂＝0；

可计算得着陆坡度θ的值为0°，满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.1    0.1    0.1

0.2    0.2    0.2

0.1    0.1    0.1

不满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

第二步：将着陆中心下移一步，位于(0.3，-0.1，0)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.09；a₁＝-0.25；a₂＝0；

可计算得着陆坡度θ的值为14°，不满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.09    0.09    0.09

0.18    0.18    0.18

0.09    0.09    0.09

满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

第三步：将着陆中心再右移一步，位于(0.3，-0.1，0.1)。

由单位面积内9组数据得到的系数：

a₀＝0.11；a₁＝0；a₂＝0.08；

可计算得着陆坡度θ的值为4.76°，满足“着陆区坡度小于8°”的条件；

可分别计算出9个点的凸起高度为：

0.11    0.12    0.07

0.19    0.18    0.03

0.06    0.07    0.03

满足“着陆区域内凸起高度小于20cm”的条件。

该点(0.3，-0.1，0.1)就是距离当前月球探测器最近的着陆中心，月球探测器移动至该点的上方，然后降落即可。