專利名稱：一種針對(duì)復(fù)雜地形的巡視探測(cè)器平均自由程計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域，涉及到巡視探測(cè)器平均自由程的計(jì)算方法，特別涉及到一種針對(duì)于復(fù)雜地形的巡視探測(cè)器平均自由程計(jì)算方法
背景技術(shù)：
向月球、火星等外星體投放巡視探測(cè)器是深空探測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。平均自由程(Mean Free Path, MFP)是一個(gè)與巡視探測(cè)器碰到障礙物的概率和通過障礙物的能力有關(guān)的統(tǒng)計(jì)度量，其定義為特定的地形中，在必須改變行駛方向之前，巡視探測(cè)器所能直線行走的平均路程。其主要用途有以下兩個(gè)方面(I)在特定地形下，評(píng)價(jià)巡視探測(cè)器的移動(dòng)性能，為巡視探測(cè)器尺寸選擇、懸架設(shè)計(jì)、底盤設(shè)計(jì)提供依據(jù)。(2)在巡視探測(cè)器確定的情況下，評(píng)價(jià)地形可通過性的優(yōu)劣，為著陸區(qū)域的選擇以及著陸區(qū)域安全系數(shù)的評(píng)價(jià)提供依據(jù)。目前，平均自由程的計(jì)算公式是由S. Michaud等人在《Rover Chassis Evaluation andDesign Optimizations Using the RCET》中提出的，首先針對(duì)一定區(qū)域內(nèi)阻礙巡視探測(cè)器漫游的障礙物，用直徑描述其大??；然后統(tǒng)計(jì)不同直徑范圍障礙物在該區(qū)域內(nèi)的個(gè)數(shù)，基于下述公式實(shí)現(xiàn)平均自由程的計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)于復(fù)雜地形環(huán)境的巡視探測(cè)器平均自由程計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟 A、巡視探測(cè)器定位點(diǎn)和行駛方向的選擇 Al、生成星體地形數(shù)字高程圖Digital Elevation Map, DEM 由數(shù)字高程模型描述的某星體表面區(qū)域的地形數(shù)據(jù)是一組三維向量有限序列，用函數(shù)的形式描述為=Vi = (XiiYiiZi) (i = 1,2,3,…，η)，其中，Xi, Yi是平面坐標(biāo)，Zi是Xi, Yji應(yīng)的高程；在Matlab軟件中首先編程實(shí)現(xiàn)平面坐標(biāo)及高程的范圍提取，即尋找X方向最小值Xmin和最大值Xmax、Y方向最小值Ymin和最大值Ymax、Z方向最小值Zmin和最大值Zmax ;然后，確定地圖中每個(gè)像素所代表的空間尺寸及不同灰度值所代表的高程值，建立用灰度圖像描述的數(shù)字高程圖，其中，0-255的灰度值與Zmin-Zmax之間為線性的映射關(guān)系； A2、選擇行駛方向 平均自由程為多次隨機(jī)選擇起始位置和行駛方向所獲取的自由程的平均值，需要耗費(fèi)很長(zhǎng)的仿真時(shí)間；為了降低算法復(fù)雜度，提高仿真速度，選擇按固定角度間隔旋轉(zhuǎn)星體地形數(shù)字高程圖DEM，然后在每幅圖上均沿固定方向行駛的方法進(jìn)行平均自由程計(jì)算，避免隨機(jī)選擇方向行駛時(shí)車體投影區(qū)域計(jì)算的復(fù)雜性； A3、隨機(jī)選點(diǎn)行駛 確定固定行駛方向后，在每幅星體地形數(shù)字高程圖DEM中隨機(jī)選擇起始點(diǎn)作為巡視探測(cè)器起步的中心點(diǎn)，按照車體尺寸在星體地形數(shù)字高程圖DEM中割取中心點(diǎn)周圍車體投影范圍內(nèi)的地形高程數(shù)據(jù)； B、巡視探測(cè)器車體投影區(qū)域可通過性判定 可通過性判定包括兩個(gè)方面，一是坡度限制，另一個(gè)是垂直高度限制，兩者皆為單次自由程計(jì)算終止的判定條件；設(shè)巡視探測(cè)器寬為b，越障能力即垂直高度為h，能爬越的坡度限制為Θ ;其中，步驟BI是坡度判定，步驟B2是垂直高度判定；當(dāng)兩者通過判定結(jié)果皆為巡視探測(cè)器可通過，則判定車體投影區(qū)域是可通過的； BI、選擇車體投影范圍內(nèi)的地形高程數(shù)據(jù)，利用最小二乘法進(jìn)行空間平面擬合，根據(jù)擬合得到的空間平面參數(shù)獲取車體投影區(qū)域的坡度信息，根據(jù)巡視探測(cè)器的行駛能力，坡度大于Θ即為不可通過該區(qū)域，作為單次自由程計(jì)算終止的判定條件之一； B2、在投影區(qū)域前部車寬b*h/tan Θ的區(qū)域內(nèi)，搜索最小高程值和最大高程值，若兩者之差大于h，則認(rèn)為超出越障能力范圍，即不可通過，作為單次自由程計(jì)算終止的另一判定條件； C、平均自由程計(jì)算 每次仿真計(jì)算自由程時(shí)，以直行遇到不可通過處為終點(diǎn)，獲取單次能夠行駛的最長(zhǎng)直線距離，多次統(tǒng)計(jì)后求和平均，便可求出平均自由程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對(duì)于復(fù)雜地形環(huán)境的巡視探測(cè)器平均自由程計(jì)算方法，包括以下步驟巡視探測(cè)器定位點(diǎn)和行駛方向的選擇；巡視探測(cè)器車體投影區(qū)域可通過性判定；平均自由程計(jì)算。本發(fā)明通過建立星體地形數(shù)字高程圖DEM，真實(shí)反映巡視探測(cè)器的探測(cè)環(huán)境，可應(yīng)用于存在各種類型障礙(例如斜坡和不規(guī)則障礙)的復(fù)雜地形環(huán)境中，并且計(jì)算精度不受地形復(fù)雜程度的影響。本發(fā)明通過按固定角度間隔旋轉(zhuǎn)星體地形數(shù)字高程圖DEM圖，并在每幅圖上均沿固定方向直行的方法進(jìn)行平均自由程計(jì)算，降低了算法復(fù)雜度，同時(shí)提高了仿真速度。本發(fā)明將坡度和高程值差作為單次自由程計(jì)算終止的判定條件，綜合考慮了巡視探測(cè)器的爬坡能力和越障能力。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102646169SQ201210119099
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者李琳輝, 王文波, 王蒙蒙, 連靜, 郭烈, 韓虎 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)