月球大范围探测巡视器及GNC技术发展综述

对月球大范围探测巡视器及相应制导、导航与控制(GNC)技术进行了综述。首先对月球大范围巡视探测需求进行分析,介绍了世界各国主要的月球大范围巡视器计划研究进展;其次针对月球大范围探测GNC技术研究现状进行了归纳整理,简要分析了进行月球大范围探测任务现存技术难点;最后为实现更加完备高效的月面大范围探测提出了月球大范围探测网构建设想,并分析了其构建目的、意义及关键技术。

山西省临汾市矿区地表形变InSAR大范围探测与监测

矿区持续开采造成的地面沉陷会对环境带来巨大的破坏,如何快速获取大范围区域内矿区的位置和地表形变量成为矿区监测亟待解决的问题,为此利用合成孔径雷达干涉测量(interferometry synthetic aperture Radar,InSAR)技术对山西省临汾市开展矿区沉陷大范围探测和监测研究。首先,通过差分合成孔径雷达干涉测量方法(differential interferometric synthetic aperture Rader,D-InSAR)处理分析12景Sentinel-1A升轨数据,对研究区域进行了矿区沉陷灾害大范围探测;然后利用小基线集(small baseline subset,SBAS)-InSAR处理了不同轨道共432景Sentinel-1A升轨数据,对普查出来的重点区域进行监测。研究结果发现,在临汾市共探测出105处沉陷区,沉陷区均处于临汾断陷盆地两侧的山体中。进一步对重点沉陷区域进行时序形变监测,发现多处沉陷区均处于持续形变过程中,且形变量级较大,最大形变速率达-381 mm/a,对地表生态环境和基础设施带来了巨大的破坏。通过光学影像寻找到了沉陷区附近的开采点,验证了基于InSAR技术的大范围探测与监测方法的可靠性,研究结果可为临汾市矿区沉陷灾害防治提供重要依据。

月面大范围探测功能需求分析及其研究现状

为满足月面大范围探测任务中千公里级探测范围要求,分析了月面大范围探测应满足的基本任务和功能,通过对行星探测器研究现状和发展状况的调查研究,得到了实现大范围探测的4种潜在技术途径。结合月面大范围探测器的任务和功能需求,确定月面飞行器方案为大范围探测的最优方案。该方案能够满足要求,为大范围探测前期研究提供可靠参考。

基于剪式控制力矩陀螺的低轨卫星垂轨摆扫姿态控制

针对低轨卫星大范围探测,设计了基于剪式控制力矩陀螺的姿态控制系统。按照2种垂轨摆扫姿态机动轨迹,获得姿态机动的期望姿态。使用剪式安装的控制力矩陀螺作为执行机构,给出框架角速率操纵率,避免出现奇异状况,简化了雅克比矩阵。仿真验证了姿控系统对于大范围探测任务的有效性。

月面巡视机器人快速安全路径规划

为提高月面巡视机器人自主探测任务的效率及安全性,提出了一种基于月面数字高程地图的大范围自主探测快速安全路径规划算法。首先根据获取的月面数字高程地图设计了一种地形可通过性分析方法,并生成了欧几里得距离地图(EDM)为安全路径规划提供参考。然后针对A^(*)算法解决月面巡视探测问题时搜索速度慢、未考虑路径安全性的问题,提出了FSA^(*)算法,改进了A^(*)算法的搜索机制以适用于月面大范围路径的快速搜索,并结合EDM地图设计了一种安全启发式函数,可使生成路径尽量远离危险区域,提高了巡视机器人自主探测过程的安全性。最后选取月球艾特肯盆地区域作为仿真场景,验证了该算法的有效性。