月球軟著陸導航與控制方法研究.pdf

1、隨著月球探測任務的發(fā)展，未來月球探測考察目標將主要是具有復雜地形特性的高科學價值區(qū)域。為了能夠安全地在這些遍布巖石、彈坑的區(qū)域內完成高精度軟著陸，這就要求導航和控制系統(tǒng)具有較強的自主性、魯棒性以及實時性。本文針對最終著陸段安全、精確的需求，對月球軟著陸導航與控制方法進行較深入研究，主要內容包括：
　　首先，提出一種基于單幀圖像信息的障礙檢測方法。該方法根據(jù)著陸區(qū)內障礙成像的特點，通過匹配相應的陰影區(qū)與光照區(qū)完成對巖石、彈坑的檢測，

2、利用圖像灰度方差對粗糙區(qū)域進行提取。在檢測出障礙信息的基礎上，選取安全著陸點以保證軟著陸任務的成功。
　　其次，給出一種基于矢量觀測信息的自主光學導航方法。該方法利用光學相機和激光測距儀測量值構建著陸點相對著陸器的矢量信息，結合著陸器的姿態(tài)信息確定著陸器的位置。為了消除測量噪聲帶來的干擾，利用擴展Kalman濾波理論設計了導航濾波器。
　　再次，提出一種李亞普諾夫函數(shù)障礙規(guī)避制導方法。該方法通過對狀態(tài)函數(shù)、危險地形勢函數(shù)的設

3、計，以滿足平移過程中減低障礙威脅與精確定點著陸兩方面的需求，利用李亞普諾夫穩(wěn)定定理設計平移控制律。考慮到李亞普諾夫制導律給出的控制力為變推力控制量，針對采用常推力側向發(fā)動機的月球著陸器，設計PWPF（調頻調寬）調節(jié)器實現(xiàn)定推力等效變推力控制效果。
　　最后，針對采用變推力主發(fā)動機的月球著陸器，提出一種垂直軟著陸控制方法。該方法采用標稱控制與閉環(huán)控制相結合的方式，規(guī)劃標稱軌跡以保證著陸器到達著陸點時其下降速度、加速度亦為零，設計閉環(huán)