一种虚拟月表地形建立方法的研究

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1、第22卷第3期2013年6月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGV01．22No．335一种虚拟月表地形建立方法的研究黄俊李飞张熵(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要提出了一种建立虚拟月表地形的方法，对着陆器在虚拟月表地形上的稳定着陆概率进行了仿真计算。在此方法中，采用拉丁超立方抽样法生成地形特征参数，使地形特征参数的抽样值能更好地反映变量的变化区间；同时采用地形分割、重新拼接的方法，可以建立高分辨率、大尺寸的虚拟月表地形，而且建立的虚拟月表地形可以与着陆器模型进行联合仿真，计算稳定着陆概率。关键词月表地形地貌；ADAMS软件；着陆器稳定性；Imageware软件

2、；拉丁超立方抽样中图分类号：TP391文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．03．006ResearchofaWayofConstitutingLunarVirtualTerrainHUANGJunLIFeiZHANGHe(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Forevaluatingtheeffectoflunarterrainonlandingstability，amethodofconstitutingvirtualterraini

3、spresent．Byusingthemethod，theLatinHypercubeSampling(LHS)isintro—ducedandamorestochasticandbiggerterraincanbeconstituted，andtheterraincanbesimula—tedwithlandmodel，whichcancalculatetheprobabilityoflandingstability．Keywords：lunarterrain；ADAMS；landingstability；Imageware；LHS1引言月表地形地貌是月球着陆器设计的重要输入条件，其影响着陆

4、器的着陆稳定性。为评估月表地形地貌对着陆器着陆稳定性的影响，本文采用动力学仿真软件ADAMS，对着陆器在虚拟月表地形上的稳定着陆概率进行仿真计算。在稳定着陆概率计算仿真模型中，虚拟月表地形与真实月表地形越接近，计算得到的稳定着陆概率越准确。目前用于着陆器稳定性仿真的虚拟月表地形多为等效斜面口。2]，通过在等效斜面上仿真得出着陆器模型的稳定性曲线、缓冲腿压缩行程等结果，但是等效斜面无法用于稳定着陆概率的仿真计算，因此，需要研究构建真实感较强的虚拟月表地形的方法。文献I-3-1和文献E4-i对构建真实感较强的虚拟月表地形的方法进行了研究，其方法是根据撞击坑和石块的分布规律，随机地选取撞击坑和石块的

5、直径和位置，然后根据撞击坑和石块的形状模型生成虚拟月表地形。在此方法中，生成虚拟月表地形所用的抽样方法为简单随机抽样，这种方法受抽样次数影响很大，往往会导致抽样值聚集在某个区域，不能真实反映变量的变化区间，而且两篇文献中都没有给出与着陆器模型进行联合仿真的方法。文献[5]和文献[6]各自提出了一种在ADAMS软件中构建真实感较强的虚拟月表地形的方法。文献[5]是通过逆向工程软件，将生成的虚拟月表地形转化为ADAMS软件可以读取的数据格式，由于方法不够完善，所以不能生成分辨率高、尺寸较大的地形。文献[6]是利用收稿日期：201203—19：修回日期：2013—04—25作者简介：黄俊(1988一

6、)，男，硕士研究生，研究方向为航天器总体设计。Email：hjl9880225@hotmail．corn。36航天器工程ADAMS软件自身的地面谱文件，将虚拟月表地形直接导人ADAMS软件，由于软件自身的计算能力有限，因此也不能生成分辨率高、尺寸较大的地形，而且这种方法生成的地形，无法与着陆器模型进行联合仿真。因此，本文提出了一种建立虚拟月表地形的方法，通过此方法，可以建立更加真实、尺寸更大的高分辨率虚拟月表地形，而且建立的虚拟月表地形可以与着陆器模型进行联合仿真，计算着陆器稳定着陆概率。2基本思路本文中提出方法的基本思路如图1所示。首先对月表地形特征的分布规律进行调研；然后采用拉丁超立方抽样

7、法，在MATLAB软件中编程，生成虚拟月表地形的数字高程模型；最后用逆向工程软件Imageware和三维制图软件Pro／E，将数字高程模型转化为ADAMS软件可以读取的数据格式。通过此方法，可以在ADAMS软件中建立虚拟月表地形。图1建立虚拟月表地形方法流程图Fig．1Flowchartforconstitutingvirtualterrain3月表地形特征月球表面覆盖着大量的石块和撞击坑。撞击坑