火星着陆器降落相机参数设计.pdf

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1、第3l卷第3期航天返回与遥感2010年6月SPACECRAFTRECOVERY＆REMoIESENS矾G27■●■———■——■■■●■—■■—■————●●■—■——一I————I一——I——●—●■-火星着陆器降落相机参数设计王海涛黄巧林蒋万松(北京空问机电研究所，北京100076)摘要分析了降落相机的功能及其功能扩展的丛要性、工作过程，并根据这些功能变化和工作过程的变化设计了火星降落相机的帧频、积分时间等参数。文章对降落相机的功能分析、扩展以及工作过程分析和部分参数设计对于中国降落相机的研制有着一定的借鉴和促进作用。关键词火

2、星探测降落相机参数设计中图分类号：V529．1文献标识码：A文章编号：1009—8518{2010)03—0027—07LandingCameraParameterDesignofMarsLanderWangHaitaoHuangQiaolinJiangWansong(BeijiIlgL'tstituteofSpaceMechanics&Electricity，酬ing100076，China)AbstractThispapel"mainlyanalysesthefunctionsoflandingcan姗，andnecessit

3、ytoexpanditsfimcfiom，andthework堍processofLandingcamera．Accordingtothesenewfunctionsandworkingprocess，itdesignssomeparame—tersofthehmdingca／neFa，includingframe—frequency，integral—timeetc．Ithasacertainreferencevalueandpromotionforfunctionanalysis，expansion，theanalysisof

4、workingprocessandsomeparameterdesign．KeywordsMarsexplorationlandingeanleFaParameterdesign1引言降落相机是着陆器在降落过程中获取降落图像的主要传感器，美国“勇气号”、“机遇号”和“凤凰号”等火星探测器都搭载了降落相机，并在其中发挥了很大的作用。目前，国内用于火星探测的降落相机仍然处于起步阶段，相关工程实践还很少。国外降落相机设计具有一定的前瞻性，可为我国降落相机的研制提供参考。对于当前已有的火星探测器来说，降落相机是DIMES(DescentI

5、mageMotionEstimationSystem)系统的主要传感器之一⋯1，降落相机的主要功能是获取DIMES为计算着陆器的水平速度和垂直速度所需要的降落图像。而本文则对降落相机的功能进行了重新设计，并根据设计的功能分析了降落相机的工作过程，然后设计了降落相机的部分参数。2降落相机功能设计及工作过程分析2．1降落相机功能降落相机的主要功能是拍摄计算着陆器水平速度和垂直速度所需图像，“勇气号”搭载的降落相机在降落过程中一共拍了3张图片，拍图片时着陆器的高度分别是1983m、l706m和1433m，通过这3张降落图像之间的内部牵制

6、关系可以估算出降落过程中着陆器的水平速度和垂直速度[引。随着深空探测的进一步发展，着陆在火星表面进行实地考察是必然趋势，为安全着陆在火星表面，着陆器必须具有障碍识别和自主选收稿Et期：2010—03—10基金项目：国家重大科技专项工程航天返回与遥感2010年第3l卷择着陆点功能。而降落相机本身就是在着陆器降落动态过程中对着陆点地形地貌成像探测的主要手段，所以有必要重新设计降落相机的功能。本文设计的降落相机具备以下功能：1)通过对在降落过程中拍摄的图像进行处理计算来获取着陆器水平速度，这项技术已经在火星探测的实际工程中得到应用。2)

7、获取着陆器降落过程中各个高度时降落区域的火星地形地貌图像，对火星表面的地形地貌图像进行存储和分析处理，得到地形地貌包括坡度坡向、石头、陨石坑等的实时信息旧J。并根据图像处理的结果，提供出备选的安全着陆区。2．2降落相机工作过程重新设计降落相机功能之后，降落相机的工作距离和工作时间都会有所变化，本文设计的降落相机安装在着陆器底部，在抛弃隔热板之后(大约12km)，降落相机就开始工作，结合火星探测器着陆过程，参考“凤凰号”火星着陆器弹道数据【4J，本文对降落相机工作过程进行设计。降落相机工作分为两个阶段：降落伞阶段和反推火箭阶段，在这

8、两个阶段，降落相机的帧频、获取降落图像数量、积分时间等参数都不同。1)降落伞阶段。从抛弃隔热板到着陆器分离吲5，高度范围是11．3km～940m，持续时间为61s，隔热板抛弃时着陆器的弹道倾角为一40．5。，此时着陆器速度为115m／s，水平速度8