一種用于月球探測器著陸避障的時序控制方法
【專利摘要】一種用于月球探測器著陸避障的時序控制方法，包括粗避障階段采用光學成像敏感器的時序控制方法以及精避障階段采用三維成像敏感器的時序控制方法，中間穿插制導控制環(huán)節(jié)，根據特定制導律使探測器趨近于目標著陸點。在探測器的高度、速度、姿態(tài)等條件滿足光學成像要求時，啟動光學成像粗避障流程，開始成像、圖像處理、障礙識別、確定著陸安全區(qū)域，在下降過程中根據避障結果使探測器趨近于安全著陸區(qū)域。當探測器的高度、速度、姿態(tài)等條件滿足三維成像要求時，啟動三維成像精避障流程，最終確定目標著陸安全點，根據避障結果使探測器最終到達目標著陸點上方，完成整個避障流程。
【專利說明】一種用于月球探測器著陸避障的時序控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測器在月球軟著陸過程中進行障礙規(guī)避時的控制方法。
【背景技術】
[0002]軟著陸的任務特點和環(huán)境條件決定了月球探測器著陸過程時間短，而地面測控時延大。軟著陸任務既要保證著陸的高安全性，又要適應月球表面環(huán)境，因此要求GNC分系統在探測器的下降過程中對著陸區(qū)域進行快速、準確的障礙識別，并最終確定安全著陸點。
[0003]著陸過程中的月面障礙識別與安全著陸區(qū)選取任務是由控制計算機(CXU)、圖像處理單元、光學成像敏感器和三維成像敏感器(TDI)共同完成的?？刂朴嬎銠C、圖像處理單元和成像敏感器三者之間既有指令發(fā)送，又有信息交互，還有圖像數據的傳輸。其中指令發(fā)送、信息交互通過串口實現，圖像數據傳輸通過LVDS (低壓差分信號)完成。負責圖像采集功能的光學成像敏感器和三維成像敏感器為分時段工作，光學成像敏感器工作于粗避障階段，檢測大障礙(直徑大于Im的石塊或坑)，三維成像敏感器工作于精避障階段，利用三維高程信息進行精確障礙識別；圖像處理單元完成圖像處理、障礙識別和安全點識別功能；控制計算機則負責整個避障過程的指令發(fā)送以及與圖像處理單元間的信息、數據交互任務，并最終從圖像處理單元獲取安全著陸點，應用于后續(xù)的制導算法進行探測器控制。
[0004]在傳統的控制時序設計中，控制計算機與成像敏感器之間的通訊主要采用輪詢或定時發(fā)送的方式，這鐘方式能夠滿足沒有復雜的分級、異步時序要求的系統使用。但對于探測器的月面障礙識別與安全著陸區(qū)選取任務來講，其實時性和自主性是遠遠無法滿足使用要求的。傳統方式下，控制計算機發(fā)送成像指令后，間隔定長時間向圖像處理單元發(fā)送圖像處理所需信息，再間隔定長時間從圖像處理單元取回安全點識別信息，采取該方式為圖像處理單元預留定長時間進行圖像處理和障礙識別，由于成像區(qū)域的地形差異和成像時刻的亮度條件影響，圖像處理單元對圖像的處理時間也存在差異。預留時間過長會影響后續(xù)避障過程的效率，預留時間過短則可能導致避障任務失敗，因此傳統方式在實現效率和靈活性方面都存在一定的缺陷。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供了一種用于月球探測器著陸避障的時序控制方法，針對成像敏感器的工作機制和月面成像環(huán)境的特點，合理制定指令發(fā)送、數據傳輸和信息交互等各項動作的順序和時間間隔，以保證月球探測器在短時間內安全、快速、有序地完成避障任務。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是:一種用于月球探測器著陸避障的時序控制方法，包括粗避障階段采用光學成像敏感器的時序控制方法以及精避障階段采用三維成像敏感器的時序控制方法，其中，
[0007]采用光學成像敏感器的時序控制方法包括如下步驟:
[0008](11)當探測器的高度、速度和姿態(tài)條件滿足光學成像敏感器的成像要求時，控制計算機在第I個控制周期向圖像處理單元發(fā)送光學成像敏感器成像指令，光學成像敏感器成像指令發(fā)送時間為Atci, At0<At, At為控制計算機的控制周期；光學成像敏感器在收到成像指令后開始進行著陸區(qū)域的光學成像并將成像結果送至圖像處理單元；
[0009](12)控制計算機從第2個控制周期開始，連續(xù)Ntjl個控制周期向圖像處理單元發(fā)送包括探測器的當前時間、姿態(tài)、速度信息在內的光學數據，其中Ntjl為正整數并滿足關系式X為光學敏感器最大成像數量，Atp為光學成像敏感器的單次成像時間；
[0010](13)接收到控制計算機的成像指令后，圖像處理單元開始接收并存儲光學成像敏感器傳輸的圖像數據；在接收到控制計算機發(fā)送的光學數據，并且光學圖像存儲完成后，開始圖像預處理并判斷圖像質量是否滿足要求，若圖像質量不滿足要求則再次成像，重復圖像傳輸和預處理；若圖像質量滿足要求或成像次數> X，則進行障礙分析并搜索安全著陸區(qū)域；
[0011](14)控制計算機從第(N&+2)個控制周期開始，向圖像處理單元發(fā)送著陸點信息獲取指令，最多發(fā)送Nt52個控制周期，圖像處理單元根據搜索情況應答，若尚未得到安全著陸點則回答正在處理，若處理完畢則將著陸點識別結果發(fā)送至控制計算機，圖像處理單元的搜索時間為N03,其中No2、N03為正整數，且Nq1+2 ( N03 ( No1+No2+1 ；
[0012](15)控制計算機在第(凡3+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統；同時，控制計算機控制探測器向安全著陸區(qū)域靠近，并等待進入采用三維成像敏感器的精避障時序控制環(huán)節(jié)；
[0013]采用三維成像敏感器的時序控制方法包括如下步驟:
[0014](21)探測器在粗避障確定的安全著陸點移動過程中，當高度、速度和姿態(tài)條件滿足三維成像敏感器的成像要求時，控制計算機在第I個控制周期向三維成像敏感器發(fā)送三維成像敏感器成像指令；三維成像敏感器在收到成像指令后，延時At1后開始進行著陸區(qū)域的掃描成像，掃描存儲圖像耗時Ats，掃描結束后將成像結果送至圖像處理單元，傳輸時間 Δ tv ；
[0015](22)控制計算機在第(Ntl+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送包括探測器的當前時間、姿態(tài)、速度信息在內的三維數據指令；所述的Ntl為正整數，滿足關系式(Ntl-1)* Δ t < Δ < Ntl* Δ t ；
[0016](23)在接收到控制計算機發(fā)送的三維數據指令，并且三維圖像存儲完成后，圖像處理單元利用接收的掃描成像結果和三維數據進行安全著陸區(qū)域的識別；
[0017](24)從第(Nt2+1)個控制周期開始，控制計算機向圖像處理單元發(fā)送著陸點信息獲取指令，最多發(fā)送Nt3個周期；圖像處理單元根據搜索情況應答，若尚未得到安全著陸點則回答正在處理，控制計算機繼續(xù)發(fā)送獲取指令；若搜索完畢則將避障結果發(fā)送至控制計算機，控制計算機停止發(fā)送獲取指令，將避障結果發(fā)送至控制計算機的周期為Nt4，Nt3滿足關系式Nt2+1 ( Nt4 ( Nt2+Nt3 ;其中Nt2,Nt3>Nt4為正整數，Nt2大于Ntl，且滿足關系式Nt2* Λ t >Δ td, Δ td= Δ tx+ Δ ts+ Δ tv ；
[0018](25)控制計算機在第Nt4個控制周期從圖像處理單元獲取著陸點的識別結果，如果避障結果為成功，則在第(Nt4+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所處理的三維圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統；同時控制計算機控制探測器向安全著陸點靠近，并完成著陸；如果避障結果為失敗，則返回再順序執(zhí)行一遍步驟(21)?步驟(24)并由控制計算機再次判斷避障結果，如果再次判斷后的避障結果為成功，則控制計算機在下一個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅三維圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統，同時控制計算機控制探測器向安全著陸點靠近，并完成著陸；如果再次判斷后的避障結果為失敗，控制計算機在下一個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統并結束。
[0019]本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明的時序控制方法在深入剖析各成像敏感器成像機制、硬件工作性能、圖像數據容量和傳輸速度以及圖像處理單元對月面圖像處理時間的基礎上，估算完成成像動作和圖像傳輸所需時間，確定發(fā)送數據指令、處理圖像和獲取安全點的時間區(qū)間，既保留了充分的時間裕度，確保圖像處理單元在受地形差異和成像時刻的亮度條件等影響時能夠完成避障流程，又壓縮了等待時間，在完成障礙識別后能迅速切換至后續(xù)的制導控制，從而實現各個避障環(huán)節(jié)間安全、快速、有序的無縫銜接，具有高實時性、高自主性和高可靠性的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明粗避障控制階段時序控制原理圖；
[0021]圖2為本發(fā)明精避障控制階段時序控制原理圖。
【具體實施方式】
[0022]月球擬著陸區(qū)域存在較為密集的撞擊坑，為了保證探測器安全著陸且滿足安全著陸地形要求，在著陸過程中需利用成像敏感器對月面特征進行主動探測，及時發(fā)現和規(guī)避地形障礙，規(guī)劃安全、合理的下降軌跡和目標著陸區(qū)域。
[0023]在著陸過程中，整個避障流程由粗避障和精避障兩個階段銜接而成，中間穿插制導控制環(huán)節(jié)，根據特定制導律使探測器趨近于目標著陸點。在探測器的高度、速度、姿態(tài)等條件滿足光學成像要求時，啟動光學成像粗避障流程，開始成像、圖像處理、障礙識別、確定著陸安全區(qū)域，在下降過程中根據避障結果使探測器趨近于安全著陸區(qū)域。當探測器的高度、速度、姿態(tài)等條件滿足三維成像要求時，啟動三維成像精避障流程，最終確定目標著陸安全點，根據避障結果使探測器最終到達目標著陸點上方，完成整個避障流程。
[0024]本發(fā)明方法針對成像敏感器的成像原理和工作性能、圖像數據大小和傳輸速度，精確估算完成成像動作和圖像傳輸需要的時間，從而確定控制計算機向圖像處理單元發(fā)送數據指令和圖像處理單元開始處理圖像的時間點。根據圖像處理單元處理一幅光學或三維圖像所需時間，能夠確定控制計算機向圖像處理單元獲取識別信息的指令時間。根據上述關鍵指令點規(guī)劃控制計算機、圖像處理單元和成像敏感器三者的動作時刻，合理制定指令發(fā)送、敏感器成像、圖像處理、障礙判斷、信息交互、安全點獲取等各項動作的順序和時間間隔，在確保預留足夠的成像、處理時間的同時最大限度地壓縮等待時間。
[0025]探測器著陸過程中的避障流程由光學粗避障和三維精避障兩段銜接而成，兩段避障流程既相互獨立又緊密聯系。在接近下降段，探測器高度下降至& (光學成像敏感器成像高度)且姿態(tài)、速度等滿足光學成像要求，啟動粗避障流程；在完成光學敏感器成像、圖像處理、障礙識別、確定著陸安全區(qū)域后，粗避障流程結束。此后根據接近段制導策略，著陸器在降落過程中趨向于粗避障確定的安全著陸點。當探測器高度降至hi (三維成像敏感器成像高度)時轉入懸停段；在探測器姿態(tài)、速度等滿足三維成像要求時，啟動精避障流程，精確識別障礙，確定最終的安全著陸點，精避障流程結束。粗避障流程能夠識別直徑較大的障礙，并在成像區(qū)域內選擇一個較大的目標著陸區(qū)，而精避障流程在此基礎上，進一步檢測細小障礙，最終確定更為精確的安全著陸點和安全著陸半徑。
[0026]根據不同成像敏感器的工作性能和成像原理，充分考慮曝光時間調整、預處理和激光器主放開啟、電機掃描等動作所需時長，確定指令、數據發(fā)送的關鍵時間點。由于光學和激光三維體制的敏感器成像機理不同，因此針對不同的成像敏感器應采用不同的避障流程。
[0027]粗避障階段使用的光學成像敏感器成像時間短，考慮不同曝光條件，一幅圖像的刷新時間為Atp (從收到成像指令到整幅圖像傳輸至圖像處理單元的時間，含曝光時間和圖像傳輸時間，2*At< Atp <3* At，At為控制計算機的控制周期，為0.128s);為使流程緊湊，控制計算機在發(fā)出成像指令的下一控制周期就開始向圖像處理單元發(fā)送包含時間、姿態(tài)、速度等信息的數據指令；圖像處理單元在接收完整幅圖像數據，且接收到控制計算機的光學數據指令后，啟動圖像預處理功能，根據當前圖像的灰度情況，判斷進入后續(xù)障礙分析等環(huán)節(jié)，或是調整曝光時間，控制成像敏感器再次成像；正是考慮到光學成像敏感器成像時間短、曝光時間可調的特點，粗避障流程中設置為控制計算機連續(xù)多個控制周期向圖像處理單元發(fā)送數據指令，圖像處理單元在充分分析圖像灰度的基礎上控制光學成像敏感器獲取更符合避障要求的圖像數據，從而能夠更好地適應月面成像環(huán)境和光照條件、地形起伏等導致的影響。
[0028]對于精避障階段使用的三維成像敏感器，在收到控制計算機成像指令之后，延時At1 (3s±0.002s)后,激光器開啟主放發(fā)射激光、二維電機掃描機構開始掃描成像,掃描成像時間為Ats (Ats< 250ms)。在掃描成像過程中，三維成像敏感器主控板采集和存儲原始圖像數據，數據采集和存儲完畢，通過串行LVDS接口，將原始圖像數據傳輸給圖像處理單元。從接收到成像指令至LVDS數據傳輸完畢,持續(xù)時間為Atd ( Δ td=A tx+A ts+A tv,不大于5s，Λ tv為LVDS數據傳輸時間)。綜合考慮以上三維成像敏感器的工作特點和成像時長，在精避障流程中設置為:控制計算機在發(fā)出成像指令后，間隔Ntl個控制周期((Ntl-1)
≤At1≤Ntl* At)，向圖像處理單元發(fā)送包含時間、角速度、速度等信息的姿態(tài)指令，且僅發(fā)送一次。
[0029]根據不同避障階段的任務特點和風險程度，可以確定各避障流程的時長。由于光學成像敏感器技術較為成熟，可以遠距離快速成像且成像速度限制條件相對較為寬松，但其只能在一定程度上實現對月面障礙的判別。因此，接近段的主要任務是粗避障，為保證光學成像敏感器視場對準著陸區(qū)域，探測器采用接近45度直線軌跡下降方式逐步接近著陸區(qū)，通過光學成像敏感器檢測大障礙(直徑大于Im的石塊或坑)，確定安全著陸區(qū)并避障。三維成像敏感器可直接獲得視場內的三維高程數據(DEM)信息?；谌S高程數據信息可計算特定區(qū)域內的坡度以及區(qū)域內地形粗糙度，從而判斷該區(qū)域的安全性。懸停段主要任務是對粗避障確定的安全著陸區(qū)域進行更為精細的障礙檢測，在距實際月面高度IOOm左右保持著陸器處于懸停狀態(tài)，利用三維成像敏感器獲取月面著陸區(qū)域的高分辨率三維高程圖像信息，實現對月面地形的精確障礙識別，并選擇適合降落的安全著陸點。因此，根據接近段粗避障和懸停段精避障任務目標的區(qū)別，以及光學成像敏感器和三維成像敏感器的差異，粗避障流程中僅設置一次完整的成像一處理過程，既滿足粗避障的任務目標，又節(jié)約了時間成本；而精避障流程中在處理時間允許的情況下可以進行兩次成像--避障處理，從而提高了精避障的成功概率。
[0030]根據避障流程中各環(huán)節(jié)的特點，突出事件主體的優(yōu)先級，控制計算機是指令發(fā)送、數據交互和信息獲取的事件主體，成像敏感器是成像事件主體，圖像處理單元是圖像處理事件主體。整個粗避障(精避障)流程的啟動點為控制計算機發(fā)出成像指令，成像階段以成像敏感器為主體，成像敏感器完成圖像采集并將數據發(fā)送至圖像處理單元；在圖像處理單元接收并存儲完整的圖像數據，且接收到控制計算機發(fā)送的數據指令后，進入圖像處理階段，在此階段圖像處理單元完成圖像數據處理、障礙識別和安全點搜索等工作；處理過程結束后，圖像處理單元向控制計算機發(fā)送避障結果；控制計算機獲取到避障結果后，進入后續(xù)的制導環(huán)節(jié)。
[0031]粗避障的時序控制流程如圖1所示，具體如下:
[0032](11)當探測器的高度、姿態(tài)等條件滿足器上安裝光學成像敏感器的成像要求時，控制計算機在第I個控制周期向圖像處理單元(此過程中，光學成像敏感器只負責采集圖像并將數據傳遞至圖像處理單元，其相關指令、信息由圖像處理單元處理，二者可以看作是采集探頭與處理單元的關系)發(fā)送光學成像敏感器成像指令，光學成像敏感器成像指令發(fā)送時間為Atci, At(l〈 At，At為控制計算機的控制周期；光學成像敏感器在收到成像指令后開始進行著陸區(qū)域的光學成像并將成像結果送至圖像處理單元；
[0033](12)控制計算機從第2個控制周期開始，連續(xù)Ntjl個控制周期向圖像處理單元發(fā)送包括探測器的當前時間、姿態(tài)、速度信息在內的光學數據指令，所述的Ntjl為正整數并滿足關系式Ntjl*tp*x ( (Nol+l) * Λ t，X為粗避障過程光學敏感器最大成像數量，Δ tp為光學成像敏感器的單次成像時間；
[0034]( 13)在接收到控制計算機的成像指令后，圖像處理單元開始接收并存儲光學成像敏感器傳輸的圖像數據；在接收到控制計算機發(fā)送的光學數據指令，并且光學圖像存儲完成后，開始圖像預處理環(huán)節(jié)，判斷圖像質量是否滿足要求，若不滿足則再次成像，重復上述傳輸、預處理環(huán)節(jié)；若成像質量滿足要求或成像次數> X，則進行后續(xù)障礙分析、綜合評價等環(huán)節(jié)，搜索安全著陸區(qū)域；
[0035](14)控制計算機從第(叱+2)個控制周期開始，向圖像處理單元發(fā)送著陸點信息獲取指令，最多發(fā)送Nt52個控制周期；圖像處理單元根據計算情況應答，若尚未得到安全著陸點則回答正在處理，控制計算機繼續(xù)發(fā)送獲取指令；若處理完畢則將避障結果發(fā)送至控制計算機，控制計算機停止發(fā)送獲取指令，計此周期為凡3，N03滿足關系式N0l+2 ≤ No3 ≤ No1+No2+1 ;所述的Ntj2為正整數，需綜合考慮成像環(huán)境及影響因素確定；
[0036](15)控制計算機在第(凡3+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統；同時，根據接近段特定的制導策略控制探測器向安全著陸區(qū)域靠近，并等待進入采用三維成像敏感器的精避障時序控制環(huán)節(jié)；由此結束粗避障流程。
[0037]精避障的時序控制流程如圖2所示，具體如下:[0038](21)探測器在粗避障確定的安全著陸點移動過程中，當高度、姿態(tài)和速度等條件滿足器上安裝的三維成像敏感器的成像要求時，控制計算機在第I個控制周期向三維成像敏感器發(fā)送三維成像敏感器成像指令；三維成像敏感器在收到成像指令后，延時At1后開始進行著陸區(qū)域的掃描成像，掃描存儲圖像耗時Ats，掃描結束后將成像結果送至圖像處理單元，傳輸時間 Atv ( Δ td=A tx+A ts+A tv)；
[0039](22)控制計算機在第(Ntl+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送包括探測器的當前時間、姿態(tài)、速度信息在內的三維數據指令；所述的Ntl為正整數，滿足關系式(Ntl-1)* Δ t < Δ < Ntl* Δ t ；
[0040](23)在接收到控制計算機發(fā)送的三維數據指令，并且三維圖像存儲完成后，利用接收的掃描成像結果和三維數據進行安全著陸區(qū)域的識別；
[0041](24)從第(Nt2+1)個控制周期開始，控制計算機向圖像處理單元發(fā)送著陸點信息獲取指令，最多發(fā)送Nt3個周期；圖像處理單元根據計算情況應答，若尚未得到安全著陸點則回答正在處理，控制計算機繼續(xù)發(fā)送獲取指令；若處理完畢則將避障結果發(fā)送至控制計算機，控制計算機停止發(fā)送獲取指令，計此周期為Nt4，Nt3滿足關系式Nt2+1 ( Nt4 ( Nt2+Nt3 ;所述的Nt2為正整數，Nt2大于Ntl，且滿足關系式Nt2* At > Atd ；
[0042](25)控制計算機第Nt4個控制周期從圖像處理單元獲取著陸點的識別結果，如果避障結果為成功，則在第(Nt4+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所處理的三維圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統；同時根據特定的避障制導策略控制探測器向安全著陸點靠近，并完成著陸；如果避障結果為失敗，返回再執(zhí)行一遍步驟
(21)?步驟(24)并由控制計算機再次判斷避障結果，如果避障結果為成功，則控制計算機在下一個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅三維圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統，同時根據特定的避障制導策略控制探測器向安全著陸點靠近，并完成著陸，如果避障結果為失敗，控制計算機在下一個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統并結束。
[0043]圖像處理單元進行著陸點識別的的方法可參見2000年由阮秋奇編著的，電子工業(yè)出版社出版的《數字圖像處理學》一書，或者2003年由K.R.Castleman編著的，清華大學出版社出版的《數字圖像處理》一書。
[0044]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種用于月球探測器著陸避障的時序控制方法，其特征在于:包括粗避障階段采用光學成像敏感器的時序控制方法以及精避障階段采用三維成像敏感器的時序控制方法，其中， 采用光學成像敏感器的時序控制方法包括如下步驟: (11)當探測器的高度、速度和姿態(tài)條件滿足光學成像敏感器的成像要求時，控制計算機在第I個控制周期向圖像處理單元發(fā)送光學成像敏感器成像指令，光學成像敏感器成像指令發(fā)送時間為Atci, At(l〈 At，At為控制計算機的控制周期；光學成像敏感器在收到成像指令后開始進行著陸區(qū)域的光學成像并將成像結果送至圖像處理單元； (12)控制計算機從第2個控制周期開始，連續(xù)Ntjl個控制周期向圖像處理單元發(fā)送包括探測器的當前時間、姿態(tài)、速度信息在內的光學數據，其中Ntjl為正整數并滿足關系式N01*≤tp*x ≤ (Νο1+1)*Δ t,x為光學敏感器最大成像數量，Δ tp為光學成像敏感器的單次成像時間； (13)接收到控制計算機的成像指令后，圖像處理單元開始接收并存儲光學成像敏感器傳輸的圖像數據；在接收到控制計算機發(fā)送的光學數據，并且光學圖像存儲完成后，開始圖像預處理并判斷圖像質量是否滿足要求，若圖像質量不滿足要求則再次成像，重復圖像傳輸和預處理；若圖像質量滿足要求或成像次數> X，則進行障礙分析并搜索安全著陸區(qū)域； (14)控制計算機從第(N&+2)個控制周期開始，向圖像處理單元發(fā)送著陸點信息獲取指令，最多發(fā)送Nt52個控制周期，圖像處理單元根據搜索情況應答，若尚未得到安全著陸點則回答正在處理，若處理完畢則將著陸點識別結果發(fā)送至控制計算機，圖像處理單元的搜索時間為 N03,其中 No2、N03 為正整數，且 Nq1+2 ≤ N03 ≤ No1+No2+1 ； (15)控制計算機在第(凡3+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統；同時，控制計算機控制探測器向安全著陸區(qū)域靠近，并等待進入采用三維成像敏感器的精避障時序控制環(huán)節(jié)； 采用三維成像敏感器的時序控制方法包括如下步驟: (21)探測器在粗避障確定的安全著陸點移動過程中，當高度、速度和姿態(tài)條件滿足三維成像敏感器的成像要求時，控制計算機在第I個控制周期向三維成像敏感器發(fā)送三維成像敏感器成像指令；三維成像敏感器在收到成像指令后，延時At1后開始進行著陸區(qū)域的掃描成像，掃描存儲圖像耗時Ats，掃描結束后將成像結果送至圖像處理單元，傳輸時間Atv ; (22)控制計算機在第(Ntl+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送包括探測器的當前時間、姿態(tài)、速度信息在內的三維數據指令；所述的Ntl為正整數，滿足關系式(Ntl-1)*At≤At1< Ntl* Δ t ； (23)在接收到控制計算機發(fā)送的三維數據指令，并且三維圖像存儲完成后，圖像處理單元利用接收的掃描成像結果和三維數據進行安全著陸區(qū)域的識別； (24)從第(Nt2+1)個控制周期開始，控制計算機向圖像處理單元發(fā)送著陸點信息獲取指令，最多發(fā)送Nt3個周期；圖像處理單元根據搜索情況應答，若尚未得到安全著陸點則回答正在處理，控制計算機繼續(xù)發(fā)送獲取指令；若搜索完畢則將避障結果發(fā)送至控制計算機，控制計算機停止發(fā)送獲取指令，將避障結果發(fā)送至控制計算機的周期為Nt4，Nt3滿足關系式Nt2+1≤ Nt4 ≤ Nt2+Nt3 ;其中 Nt2,Nt3>Nt4 為正整數，Nt2 大于 Ntl,且滿足關系式 Nt2* At〉Atd,Δ td= Δ tx+ Δ ts+ Δ tv ； (25)控制計算機在第Nt4個控制周期從圖像處理單元獲取著陸點的識別結果，如果避障結果為成功，則在第(Nt4+1)個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所處理的三維圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統；同時控制計算機控制探測器向安全著陸點靠近，并完成著陸；如果避障結果為失敗，則返回再順序執(zhí)行一遍步驟(21)~步驟(24)并由控制計算機再次判斷避障結果，如果再次判斷后的避障結果為成功，則控制計算機在下一個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅三維圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統，同時控制計算機控制探測器向安全著陸點靠近，并完成著陸；如果再次 判斷后的避障結果為失敗，控制計算機在下一個控制周期向圖像處理單元發(fā)送傳圖指令，由圖像處理單元將所接收的最后一幅圖像發(fā)送至探測器的數據管理系統并結束。
【文檔編號】G05D1/02GK103499971SQ201310460704
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】梁俊, 程銘, 于潔, 楊巍, 趙宇, 何健, 于萍, 王大軼, 張洪華 申請人:北京控制工程研究所