月球着陆器悬停阶段相对自主导航方法

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1、2014年3月第40卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2014V01．40No．3月球着陆器悬停阶段相对自主导航方法苏庆华赵剡杨奎张少辰(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：月球着陆器着陆阶段导航信息分析是实现安全软着陆月面的一个关键．针对悬停阶段导航信息的要求，根据月球着陆器携带的仪器设备及其获取月面信息的特点，利用激光测距仪和光学导航相机进行光学相对导航．首先建立相对导航坐标系；其次根据各个坐标系之间

2、的关系确定各转换矩阵和导航信息，估算着陆器相对月面着陆点的位置和姿态；最后通过仿真实验对该方法进行验证．结果表明，将激光测距仪和光学导航相机在着陆悬停阶段获取的月面信息进行融合，能快速、精确进行相对位置、姿态计算；对我国下一步的探月有重要应用价值，并可应用于火星探测和其他小行星探测的软着陆的近距相对导航．关键词：月球着陆器；非共线特征位置矢量；相对导航；导航相机；激光测距仪中图分类号：V1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)03-0377-06Hover·stagelunarlanderautonomousrelativel

3、ynavigationSuQinghuaZhaoYanYangKuiZhangShaochen(SchoolofInstrumentationScienceandOpto-electronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Thelunarlanderlandingphasenavigationinformationanalysisisakeytoachievethesafetysoftlanding

4、onlunarsurface．Accordingtorequirementsforthehover—stagenavigation，thelunarlandercarry·ingequipmentanditsaccesstothecharacteristicsofthelunarsurface，laserrangefinderandopticalnavigationcameraopticalwereusedinautonomousrelativenavigation．Acoordinatesystemrelativenavigationwas

5、crea—ted．Accordingtotherelationshipbetweenthevariouscoordinatesystems，thetransformationmatrixandnavi-gationinformationwasdetermined，thepositionandattitudeofthelanderrelativelunarlandingpointwasesti-mated．Finally，themethodwasverifiedbysimulationexperiments．Resultsshowthatthi

6、smethodcancalcu—laterelativeposition，posturefastandaccurately．Themethodisvaluableforfurtherstepsofmoonexplorationprojects，andcanbeusedassoft—landingcloserelativenavigationforMarsandotherasteroidsexploration．Keywords：lunarlander；relativelystationvector；relativelynavigation；n

7、avigationcamera；laserrange6nder月球着陆器的着陆过程分为离轨段、霍曼转移段、动力下降段、接近段和最终下降阶段⋯．为获取更多的科学考察价值，以及在某些复杂地形区域内安全着陆，常常要求着陆器在最终下降阶段有悬停口1．着陆器在悬停阶段主要是自主障碍识别并自主导航选择安全着陆点．当前，除了阿波罗载人着陆器通过航天员肉眼观察选定着陆区实现障碍规避外，其他月球着陆器还不具备自主障碍检测与规避能力¨“1．在世界各国正在实施的月球探测中，月面的就位探测是一个重要环节，就位探测首先要求能够安全着陆，即要求着陆器降至感兴趣区域上方时

8、，对着陆器当前位置姿态进行测量，以判断以当前位姿着陆是否安全．已经完成的月球探测任务中的导航都是基于收稿日期：2013-05-06；网络出版时间：2013—11-2