月面地形识别与力学参数估计技术研究

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1、摘要未知的月球环境要求月球车在进行探测时需要具有更多的自主操作能力，而对月面地形可穿越性的判断是月球车实现自主操作的重要依据。本文以月球车导航与控制研究为背景，以确定月面的非几何可穿越特性为目标，对构建地形可穿越预测系统的两个主要部分即地形识别与地形力学参数估计进行了研究。针对地形识别，论文提出了一种基于小波多分辨率分析与最大似然估计准则的地形非凡何障碍识别算法。首先基于Daubechies小波基构造滤波器组；然后采用Mallat小波算法对图像进行多分辨率分解，以地形图像的高频能量分布的区域矩心作为纹理特征；最后通过最大似

2、然判别准则得到地形图像的类型，进一步根据判别标准识别出非几何障碍。通过三组实验，验证了纹理特征的鲁棒性以及分类算法的可靠性与准确性。对于地形力学参数估计，论文提出了一种基于车载多传感器的月壤力学参数估计算法。首先简化了Janosi剪切模型，依据模型推导出月球车驱动轮的力，力矩平衡方程组；然后针对月壤环境确定待求解参数；最后采用Gauss-Legendre求积法简化方程组，结合Newton迭代法与最速下降法求解出月壤力学参数。同时介绍了通过车载传感器对车轮负载、牵引力、驱动力矩、滑移率与沉陷量等数据的测量方法。提出了一种基于

3、视觉的车轮沉陷量测量方法。通过仿真实验验证了算法的有效性与鲁棒性。论文最后基于实验室月球原型车及车载传感设备设计了月壤力学参数估计系统，采用本文算法进行地形力学参数的在线估计实验。实验结果验证了本文算法的可行性。关键词月球车：非几何障碍；地形力学参数；车轮沉陷量AbstractUnknownlunarenvironmentrequiresthatalunarrovermusthavehi曲abilltyofautonomouscontrol，forwhichthedeterminationofterraintranvers

4、abilityplaysallimportantrole．Inordertothedeterminationof1unarterrainnon．geometrytraversabilltyfornavigationandcontroloflI／／larrovci's．thisdissertationfocusesontwoproblems：terrainidentificationandterrainmechanicalparametersestimation．Forterrainidentification，anewme

5、thodofterrainclassificationbasedonwaveletmulti．resolutionanalysisandmaximumlikelihoodcriterionispresentedforidentifyingterrainnon·geometryobstacles．Firstly,thefiltersareconstructedbasedonDaubechieswavelet．ThenMallatwaveletalgorithmiSappliedformulti—resolutiondecom

6、positionofaterrainimage,andthecentroidofareaofthehi曲frequencyenergydistributionofthedecomposedimageistakenasthetexturefeature．Finally,non—geometryobstaclescanbeidentifiedbaSedonmaximumlikelihoodcriterion．Threegroupexperimentsdemonstratetherobustnessofthetexturefea

7、tureandthecorrectnessofthealgorithm．ForterrainmechanicalparametCrsestimation，anewmethodbasedonon-boardSenSOrsispresented．First，theJanosishearmoduleissimplified，andtheforce／torquebalanceequationsofdrivenwheelarederivedbasedonmodules．Th锄．accordingtothepropertiesoflu

8、narsoil，themechanicalparametersaledetermined．Finally,two—pointsGuass·Legendreintegralmethodisusedtosimplifythebalanceequations，andthentheiterativemethod