载人月面着陆地形障碍探测与规避方案研究

月面地形障碍是影响载人着陆安全的关键因素之一,可能引起着陆器倾斜、结构损坏甚至倾覆。载人月面着陆除在总体任务规划时要选取平坦安全的着陆区外,还要进行实时在线的地形探测和障碍规避。文章对“阿波罗”计划和“星座”计划中的月面着陆飞行方案和飞行器进行调研,分析了载人月面着陆避障的任务要求和技术特点;结合着陆飞行任务,提出考虑避障的飞行方案,分为高速运动中的粗避障和接近悬停后的精避障两个阶段;考虑月面着陆飞行状态以及光照、月尘等外部环境,设计载人月面着陆时由激光高度计、多普勒激光雷达以及闪光激光雷达组成避障敏感器系统;提出载人避障机动方案,采用接近段中制导目标调整、机动段六自由度控制以及缓速下降段滚动姿态机动等方法,并引入了航天员目测以检查月面地形障碍、选择月面着陆点以及手控进行终端避障机动控制。     

微重力环境模拟作业训练机器人碰撞力反馈控制

针对航天员在地球表面进行微重力环境中操作训练时微重力环境模拟作业训练机器人存在的碰撞力反馈控制问题,建立碰撞力反馈模型、提出单个柔索驱动单元控制策略和机器人系统碰撞力反馈控制策略。利用Matlab/Simulink软件对碰撞力反馈模型和控制策略进行仿真验证,该模型和控制策略可以实现机器人碰撞力反馈,且具有计算量小、实时性好、不需要额外增加传感器等优势;结合提出的柔索驱动单元复合控制策略和机器人系统碰撞力反馈控制策略进行机器人碰撞力反馈控制实验,提高机器人控制的准确性和实时性。结果表明,基于干扰观测器的柔索驱动单元复合控制策略将柔索驱动单元主动控制精度提升11%,被动控制多余力消除率达到81.82%;机器人碰撞力反馈控制策略可以有效提升航天员作业训练时碰撞力临场感体验。     

适用于信标光检测的非对称中值滤波改进算法

在进行星间激光通信时,光斑位置检测的准确性会直接影响捕获、跟踪、瞄准过程。然而由于其采集传输过程中受到干扰或自身器件响应的缺陷,导致出现模糊及噪声,因此在进行光斑定位前应当进行滤波预处理。经典3×3窗口的中值滤波算法对噪声的滤除效果较好,但处理时间过长,因此提出了基于3×4窗口的非对称快速中值滤波的算法。首先对经典方法两个相邻窗口处理时重复利用的6个中间像素值进行排序,再分别与窗口内最左列和最右列中值进行比较,所得中值替换掉原信号中心位置两个像素。经目视观察,两种滤波算法去噪效果相当。对于3×4窗口的改进中值滤波带来的后续光斑定位误差问题,可以通过统一标校进行弥补,误差在可接受范围内。通过程序仿真结果可得,改进的快速中值滤波算法缩短了响应时间。因此,非对称中值滤波改进算法增强了算法的实时性,更适合基于FPGA平台的设计与实现。     

天问一号着陆器双目视觉避障技术

对天问一号双目视觉避障技术的组成、方案及原理进行了介绍,通过图像障碍识别和双目立体地形感知完成天问一号降落过程中的安全着陆点自动选取.通过高分辨率双目匹配和亚像素插值处理,提高远距离双目测量精度;在计算资源严格受限的条件下,采用FPGA作为硬件加速平台,通过功能模块的并行化和流水线设计,提高计算视差和三维信息的速度;为...     

能量最优的航天器连续动态避障轨迹规划

针对传统脉冲避障算法在航天器轨迹规划应用中存在对瞬时推力依赖性强且燃料消耗量大的问题,提出能量最优的连续动态避障算法.该算法首先基于线性相对运动方程与有限时间的能量最优模型,建立了相对运动能量最优模型,同时验证了模型最优性;其次将动态障碍物的y向运动误差偏移与正态分布概率引入避碰安全距离模型,修正了追踪航天器动态避障的...     

一种基于单目视觉的自主机器人导航控制方法

首先对单目视觉获得的原始图像进行图像校正处理,利用边界判据函数分割获得可行区域,得到障碍物位置信息,然后在可行区域中根据障碍物位置分段给出机器人导航控制边界,最后采用拟合曲线模型得到前进路径曲线。试验表明,该算法有效稳定,可实时获取可行区域并实现移动机器人自主避障功能。     

空间遥操作分段自适应碰撞预警方法

目前空间遥操作碰撞预警机制并未考虑遥操作任务的阶段性特点,操作的快速性与精细性难以兼顾。针对这一现状,提出了空间遥操作分段自适应碰撞预警方法。通过计算机械手末端与操作目标之间的相对距离,将遥操作任务划分为自由接近、精细调整和操作控制三个阶段,分阶段自适应调整碰撞检测策略和操作比例系数,并通过直观的预警视觉信息,使得遥操作员实时感知任务阶段。目标逼近试验表明:在自由接近段,随着对目标的逼近,操作速度从7.46mm/s逐渐减小为4.41mm/s,关节运动和相对位置的抖动较大;在精细调整段,操作速度为3.98mm/s,关节运动和相对位置的抖动较小。因此,该分段自适应碰撞预警方法有效克服了操作快速性与精细性的矛盾,适合于未来更为精细、复杂的空间遥操作任务。     

平行区域导航航路安全性分析

空域容量不足是导致对空域结构进行修改的决定因素之一。修改空域结构又需要一系列技术分析和论证工作,而对修改后的空域进行安全性评估是其中最重要的工作之一。在总结Reich模型和相关文献基础上,完善了在雷达间隔条件下的碰撞风险模型,提出了有雷达管制间隔分别无非侵入区和有非侵入区条件下出现飞行冲突需要管制员干预的计算模型。在上述模型基础上,对现有京沪单航路结构增加了一条平行航路,从而构成平行区域导航航路并对其航路间隔大小进行了分析论证,评估其安全性,同时分析了管制员的干预情况,也为进一步的空域扇区结构调整提供了依据。     

基于CNS性能的平行航路侧向碰撞风险评估

为了有效地确定平行航路安全间隔和评估碰撞风险,分析了平行航路侧向碰撞风险影响因素,在Reich模型的基础上建立了飞机在CNS性能环境下的定位误差模型,推导出基于CNS性能的平行航路侧向重叠概率的计算公式。通过算例对平行航路侧向碰撞风险进行了安全评估计算。结果表明所给定的CNS性能在平行航路飞行环境下是安全的,因此计算方法是可行的。     

基于CCD着陆相机的行星软着陆岩石检测与规避方法

 提出了一种基于CCD相机的行星软着陆岩石检测与规避方法。首先,利用多分辨率分析方法对着陆区图像进行快速处理,根据着陆区的光照特性检测出着陆区的岩石,针对着陆过程的时间需求,多灰度阈值分割方法被采用;其次,基于无监督聚类算法对着陆区的岩石进行识别并标记,构建着陆区岩石分布的拓扑图;再次,利用激光测距仪得到的高度信息和着陆相机的参数,计算着陆区岩石拓扑图的实际危险区域面积,从而根据着陆器的需求安全范围和探测任务需要,利用安全着陆点的螺旋式搜索方法选择具有冗余度的安全着陆点;最后,建立着陆器安全规避策略,制导控制着陆器进行安全着陆,通过对安装侧向发动机和利用万向节调节推力方向的主发动机两种情况的仿真,实验结果令人满意。