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1、月球车控制方案初探月球车控制方案初探第1期航天控制2O0O年一3.)I《月球车控制方案初探中国科学技术大学合肥230027学摘要通过对月球车资料的调研,介绍了月球车的导航系统以厦实现方案,并针对安放摄像机的平衡系统提出使用无平台平衡系统的设想,对原有的平台平衡系统进行改进.主题词旦苎生量苎墨丝±塑墨些祝觉何月晟象表/,改进TlleStudyoftheControlConceptforLunarRoverWangYil1gSunDetainUniversi~-ofScienceandTechnologyofChina,Hef
2、ei230027Apaper如realizationofs~temoffrore:r.Inofk’system,0rthestereoc口埘师,历括thesisproposes口strap—downbalancesysteminsteadof口ptasformMsystem.SubjectteI岱hmar￡vehicleNaffgationsystemBalancedsystem1引言90年代以来,各空间大国相继提出以小型卫星探测和建立月球基地为主体设想的”重返月球”计划,充分利用月球的高真空,高洁净,微重力和丰富的矿产资
3、源.”重返月球”正因为其重要的战咯意义,政治意义,经济意义和科学意义已成为各空问大国争夺的焦点,因此开展月球小卫星和月球车的开发研究对维护我国在空间事务中的权益有极其重要的意义.我们可以以发射月球小卫星为起点,得到月球表面图,进行地质研究并在月球两极寻找水源,根据所得结果,再向月球发送机器人登陆器和月面漫游车,利用测绘和遥感技术,了解月面特点,选定适合建立月球前哨站的地址.2图像生成系统月球车上所必须携带的基本图像设备有收稿日期1999年9月10月第1期航天控制200o年全景相机:能在6
4、k的频率下产生立体球状图像,给操作
5、者和观察者提供身临其境的图像视野,其转动角度从向下90~到向上30.,产生压缩图像,到控制台再解压.立体摄像机和激光扫描仪:产生行进障碍图,为导航系统所用.要求立体摄像机有20ran的立体透光基片,装在一个二维的陀螺平衡系统上,1.2m高的杆支撑其摄像机,提供足够的视野.镜头焦距5-8mm,水平视角70.,CCD点阵分辨率为280×384o在月球车行走中.需要辨识的周围环境主要是沟,坑,坡等大的障碍物以及阴影中的大石块等信息.对于这些环境,需要的是其轮廓信息,无须其他诸如颜色等信息,因而可以使用矢量图的方法,这样需要提取的
6、信息量不大,有利于使用有限的带宽进行通信,而且可以使得图像信息处理的速度加大,使图像处理速度进一步提高.3定位系统所谓的定位系统是对月球车当前所处的位置和方向做一个估计,以便于指导下一步的行驶路径.定位系统可以采用两种方法:(1)使用传统传感器的系统定位方法;①太阳光传感器定位:采用一个小棱锥状的太阳能电池,通过测量电池的相对输出来判断与太阳的距离和方向;②由里程表,倾角仪,旋转罗盘,惯性测量元件(舢)和全球定位系统(GPS)组合定位:其中位置估计所需的数据来自差分全球定位系统(DGPs)的远程导航数据,现场更新数据及里程
7、表上得到的速度数据,由于有足够大的GPS卫星覆盖面,该DGPS系统的分辨率为20ran.而方向估计所需的数据将由旋转罗盘/倾角仪和惯性测量元件舢所得到的转速综合得到.旋转罗盘/倾角仪所提供的姿态倾斜角度信息的精度为0.1.,而舢则提供三轴方向的转速信息.将从各个相关的传感器上得到的数据加以处理综合,就能得到所需的定位信息,而更精确的定位还必须考虑到来自DGPs的位置误差和来自舢测量的转速误差.(2)采用全景的地平线图像来确定当前所处地图上的位置.该方法分折由月球车发出的图像以及反映在图像上的有关月球车周围环境的重叠信息.利
8、用外部图像进行姿态估计,使得研究人员可以自动检测出月球车的相对位置,并确定图像像素与地域信息之间的关系.4自主导航系统4.1引言月球车要穿过一些复杂地形(如月南极,环形山等),但是由于车上动力有限,加上严重的时滞,会大大影响与地面的通信.因此,要使月球车在一些未知的恶劣环境下保持高度自主,需要一个自主导航系统使得月球车在有限的遥控装置和超过l0s时滞的条件下,仍能够安全运行.我们建议使用一种有监督的自决策运行方案.它在简单环境下可以完全自主运行,无需地面遥控干预.而在恶劣的环境中,必要时可使用很低的数据传输率第1期航天控制
9、2OOO年与地面通信,地面使用预测显示的方法对月球车进行遥控.月球车所使用的导航系统是用立体摄像提供的视觉信息实现的.我们用高速立体视觉处理算法处理数字摄像仪采集到的图像,高效地建立一个精确的月表模型,从而产生车辆的既定路线.每10s更薪一次,这样可以:A.抑制不必要的停机.B.由于视图中障碍信息更新快
