專利名稱：一種針對復雜地形的巡視探測器平均自由程計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域，涉及到巡視探測器平均自由程的計算方法，特別涉及到一種針對于復雜地形的巡視探測器平均自由程計算方法
背景技術(shù)：
向月球、火星等外星體投放巡視探測器是深空探測領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。平均自由程(Mean Free Path, MFP)是一個與巡視探測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，巡視探測器所能直線行走的平均路程。其主要用途有以下兩個方面(I)在特定地形下，評價巡視探測器的移動性能，為巡視探測器尺寸選擇、懸架設(shè)計、底盤設(shè)計提供依據(jù)。(2)在巡視探測器確定的情況下，評價地形可通過性的優(yōu)劣，為著陸區(qū)域的選擇以及著陸區(qū)域安全系數(shù)的評價提供依據(jù)。目前，平均自由程的計算公式是由S. Michaud等人在《Rover Chassis Evaluation andDesign Optimizations Using the RCET》中提出的，首先針對一定區(qū)域內(nèi)阻礙巡視探測器漫游的障礙物，用直徑描述其大??；然后統(tǒng)計不同直徑范圍障礙物在該區(qū)域內(nèi)的個數(shù)，基于下述公式實現(xiàn)平均自由程的計算
權(quán)利要求
1.一種針對于復雜地形環(huán)境的巡視探測器平均自由程計算方法，其特征在于包括以下步驟 A、巡視探測器定位點和行駛方向的選擇 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，Zi是Xi, Yji應(yīng)的高程；在Matlab軟件中首先編程實現(xiàn)平面坐標及高程的范圍提取，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，需要耗費很長的仿真時間；為了降低算法復雜度，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行平均自由程計算，避免隨機選擇方向行駛時車體投影區(qū)域計算的復雜性； A3、隨機選點行駛 確定固定行駛方向后，在每幅星體地形數(shù)字高程圖DEM中隨機選擇起始點作為巡視探測器起步的中心點，按照車體尺寸在星體地形數(shù)字高程圖DEM中割取中心點周圍車體投影范圍內(nèi)的地形高程數(shù)據(jù)； B、巡視探測器車體投影區(qū)域可通過性判定 可通過性判定包括兩個方面，一是坡度限制，另一個是垂直高度限制，兩者皆為單次自由程計算終止的判定條件；設(shè)巡視探測器寬為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；當兩者通過判定結(jié)果皆為巡視探測器可通過，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，則認為超出越障能力范圍，即不可通過，作為單次自由程計算終止的另一判定條件； C、平均自由程計算 每次仿真計算自由程時，以直行遇到不可通過處為終點，獲取單次能夠行駛的最長直線距離，多次統(tǒng)計后求和平均，便可求出平均自由程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對于復雜地形環(huán)境的巡視探測器平均自由程計算方法，包括以下步驟巡視探測器定位點和行駛方向的選擇；巡視探測器車體投影區(qū)域可通過性判定；平均自由程計算。本發(fā)明通過建立星體地形數(shù)字高程圖DEM，真實反映巡視探測器的探測環(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)的復雜地形環(huán)境中，并且計算精度不受地形復雜程度的影響。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行平均自由程計算，降低了算法復雜度，同時提高了仿真速度。本發(fā)明將坡度和高程值差作為單次自由程計算終止的判定條件，綜合考慮了巡視探測器的爬坡能力和越障能力。
文檔編號G06F19/00GK102646169SQ201210119099
公開日2012年8月22日 申請日期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 申請人:大連理工大學