基于IMU∕LIDAR的月面软着陆自主导航方法

《基于IMU∕LIDAR的月面软着陆自主导航方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2013年第4期导弹与航天运载技术No.42013总第327期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.327文章编号：1004-7182(2013)04-0056-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130413基于IMU/LIDAR的月面软着陆自主导航方法江秀强（南京航空航天大学航天学院，南京，210016）摘要：针对中国探月二、三期工程及未来星际着陆探测任务中对探测器精确着陆的要求，为避免采用导航相机进行导航时的大量图像处理运算对导航实时性的影响及其对星载计算机性能的苛刻要求，同时克服传统导航精度低的缺点，提出一种基于惯性测量单元

2、（IMU）加激光雷达（LIDAR）的着陆段自主导航方法。该方法利用惯性测量单元测得的探测器的加速度和角速度以及激光雷达测得的探测器相对于月面的距离和速度信息，通过改进扩展Kalman滤波估计出探测器的位置、速度和姿态。该方法的运算量较小，保证了良好的实时性，且仿真分析表明采用该方法对月面地形具有较好的适应能力，可获得较高的导航精度。关键词：月面精确软着陆；自主导航；惯性测量单元；激光雷达；工程应用中图分类号：V448.2文献标识码：AAutonomousNavigationBasedonInertialMeasurementUnitandLightDetectionandRangin

3、gforLunarSoftLandingJiangXiuqiang（CollegeofAstronautics,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing,210016）Abstract:TosatisfytherequirementsofpinpointsoftlandinginthestageIIandIIIofChina'slunarexplorationprogram(CLEP)andinterplanetarylandingexplorationmissionsinthefuture,anautonomousn

4、avigationmethodbasedonIMU/LIDARispresentedforthelandingphaseinthispaper,inordertoavoidboththeinfluenceonreal-timenavigationandthestrictrequirementsoftheonboardcomputerperformancefromamassofimageprocessingoperationwhenusingnavigationcamera.Thelocation,velocityandattitudeoftheexplorerisestimatedb

5、ytheproposedmodifiedextendedKalmanfilterutilizingmeasurementsofangularvelocityandaccelerationfromaninertialmeasurementunit(IMU)aswellasDopplervelocityandrangeobservationsfromanlightdetectionandranging(LIDAR)system.Thismethodrequireslesscomputingandensuresabetterreal-timeproperty.Theresultsofsim

6、ulationshowthatthismethodcanwelladapttothelunarterrainandachievehighernavigationaccuracy.KeyWords:Lunarpinpointsoftlanding；Autonomousnavigation；Inertialmeasurementunit；Lightdetectionandranging；Applicationinengineering0引言苏联的月球号系列探测器、美国的勘测者系列探测器[1，2]随着中国探月工程的稳步推进、载人登月计划的和阿波罗系列飞船。早期的月面软着陆均选择在月论证、火

7、星和小行星探测任务的预先研究，星际精确球的中低纬度的相对平坦开阔的区域进行。进入新世着陆技术已成为亟待突破的关键技术，自主精确导航纪，包含月面软着陆任务的有：美国的“重返月球”就是其中之一。苏联和美国从20世纪50年代末、60计划、欧空局的“EuroMoon2000”计划、日本的年代初就开始实施一系列的月球和行星探测任务，成“SELENE-B”计划、中国的探月二、三期工程等。未功执行了十多次月面着陆探测任务，最具代表性的有来的月球及星际探测任务需要探测器能