月球軟著陸導航與控制方法研究.pdf

1、隨著月球探測任務(wù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)障礙成像的特點，通過匹配相應(yīng)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(chǔ)上，選取安全著陸點以保證軟著陸任務(wù)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(gòu)建著陸點相對著陸器的矢量信息，結(jié)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(shè)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(shè)

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(shè)計平移控制律?？紤]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(cè)向發(fā)動機的月球著陸器，設(shè)計PWPF（調(diào)頻調(diào)寬）調(diào)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(jié)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(shè)計閉環(huán)