月球安全高精度软着陆视觉系统的研制

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1、XuYangetal./ProcediaComputerScience186(2021)503–511509月球安全高精度软着陆视觉系统的研制摘要空间探索的现代阶段与月球研究密切相关，在月球表面部署了长期研究站。这里的关键要素之一是提供高度精确和可靠软着陆的系统。软着陆的任务在许多年前就已经解决了，然而，它的精度对于现代月球工程来说是不够的。现代计算机视觉系统允许在着陆的所有阶段获得高质量的表面图像，并实时处理它们。技术视野的使用是有益的，因为重量轻，尺寸小，能耗低。视觉系统分配了以下任务:着陆装置的自我位置确定和选择安全着陆的合适地点。视频自定位对于惯性导航系统数据校正是必要的。考虑两种

2、方法:探测和比较陨石坑，以及GHT。这两种方法都使用矢量地图，不需要实际的高精度正射影像。安全站点选择方法使用找到的位置将其绑定到期望和不期望的站点地图。在那之后，一个精确的选择随之而来，它考虑了表面角度，光滑度，广泛的阴影区域的存在。该算法能够选择与操作员手动选择的着陆点接近的着陆点。所获得的算法可以在干扰因素(噪声、太阳位置变化、摄像机角度变化)的影响下实时工作，并可用于解决该问题。关键词:视觉导航；安全着陆；着陆点选择；霍夫变换；计算机视觉1。介绍这项工作致力于利用计算机视觉系统在月球表面执行着陆舱的高精度软着陆。该系统将观察到的表面图像与电子棋盘地图进行比较，提炼其位置数据，并选择

3、最佳、最安全的着陆点。太空探索是人类发展的关键领域之一。征服外层空间不仅与长久以来的梦想有关。这是一个强大的火车头，能够加速科学、技术、经济等领域的进步，能够激励一个人前进和提升。空间探索的现代阶段与在最近的天体表面建立和部署长期自动或有人居住的基地以及在月球上建立和部署长期自动或有人居住的基地有关。这些基地不仅是科学实验室和技术研究中心，也是进一步征服外层空间的前哨基地。月球软着陆问题在上个世纪的“月球”和“阿波罗”计划中得到成功解决[1]。月球探测的现代任务与在极地的选定区域着陆、月球基地的部署和随后的支持有关。它们需要非常高的着陆精度——几十米的位置和着陆点坡度的度数单位。一方面，通

4、过改进着陆控制算法，另一方面，通过改进测量仪器并使其智能化，着陆精度的根本提高是可能的。典型的软着陆方案如下[2]。最初，着陆装置在环形月球轨道上移动，该轨道经过所需的着陆点。确定轨道参数并计算下降轨道的过渡点。第一阶段是过渡到下降轨道。为此，在到达圆形轨道的计算点时，执行短制动脉冲。着陆装置进入椭圆下降轨道，在期望的着陆点穿过月球表面。计算为软着陆提供条件的制动起点。第二阶段是最佳制动。这是最耗能的阶段。其目的是使着陆装置减速，同时花费最少的燃料和最少的时间(以减少惯性系统的误差)。当达到计算的制动起始点时，最佳制动开始。制动发动机启动，在达到预定高度(几公里)时提供完全的速度阻尼。根据

5、构造的控制算法，仅根据惯性导航系统数据进行制动，不进行校正。现阶段控制的智能化主要与最优控制的构建和实时修正，以及对惯性导航系统数据的更精确评估有关。第三阶段是重定向。在阶段开始时，着陆单元悬挂在水面之上，根据观察到的地标确定自己的位置，校正惯性导航系统的误差，然后选择一个安全的着陆点，并开发一种到达这个地方的控制算法。有大量已知的终端控制合成算法用于执行这种重定向[3]，每种算法都有自己的优点和缺点。当接近表面时，由于获得了关于位置或关于更精确的位置选择的更精确的信息，重定向可以重复执行。该阶段通过达到预定高度而完成，之后着陆单元前进到垂直下降阶段。这一高度的实现由测距仪测量，并由惯性导

6、航系统确认。这个阶段的管理是以这样一种方式建立的，即速度降低到零。第四阶段是垂直下降。在这个阶段，着陆装置垂直稳定，高度由测距仪的读数监控。控制器的构造方式应确保设备接触表面时速度接近零。XuYangetal./ProcediaComputerScience186(2021)503–5115092。软着陆计算机视觉系统的任务因此，要进行高精度软着陆，必须解决两个重要问题——确定自己的位置和选择安全的着陆点。这两项任务都可以用计算机视觉系统来解决。计算机视觉系统很少用于自动太空任务。这是由于缺乏足够高效和可靠的图像识别算法，以及车载计算机的生产率相对较低，不足以实时实现现有方法。然而，目前，

7、计算机视觉的算法和方法已经有了重大突破。与此同时，出现了适用于实施现代方法的高性能抗辐射车载计算机。在这种情况下，广泛使用计算机视觉系统的主要问题仍然是问题的复杂性。必须克服的正是这种复杂性:自动站不应该盲目地坐着。该装置必须将观察到的表面与其他测量结果(远程、惯性、无线电导航)相关联，根据这些结果得出合理合理的结论，规划并实施控制，以便在给定区域内精确软着陆。视觉系统可以解决着陆不同阶段的一系列问题。这些任务可能包括: