【正文】 圖 10 圖 11 經(jīng)過以上梯度化 、 篩選處理 ， 得到的精度為 10m 的可行區(qū)域圖已經(jīng)可以判斷可以用于精確避障識別的著陸區(qū)域 。 通過對梯度化、篩選過的可行區(qū)域圖與原高程圖的對比，我們可以認為此時的篩選區(qū)域圖已經(jīng)可以表示出可行的著陸區(qū)域（如圖 12）。 18 圖 12 為了利于精避障階段找到一個合適的著陸區(qū)域 ， 利用搜索算法 尋找一個安全著陸面積比率大于 85%、面積最大的矩形區(qū)域如下圖所示。選定的著陸區(qū)域相對圖片中心的坐標為 (30~1650)E(810~1650)S(m)，區(qū)域尺寸為 1360800m3（如圖 13） 。 . 軌跡控制： 圖 13 19 為了保證在接近段成像敏感器視場能夠觀測到著陸區(qū) , 經(jīng)查嫦娥三號采用下降軌跡接近與水平面夾角 45176。的直線下降方式逐步接近著陸區(qū) [4]。 到達著陸區(qū)后，關(guān)閉發(fā)動機，讓著陸器自由落體，一段時間后快速制動，保證 h=100m 時，著陸器懸停。 為實現(xiàn)粗避障軌跡接近與水平面夾角 β =45176。的直線下降方式 , 著陸器合加速度和速度方向必須相反。 基于節(jié)省燃料，應使下降時間盡量短，為此采用先勻加速后勻減速運動的方式 , 且兩階段加速度大小相等、方向相反。 其 推力、月球引力加速度和速度 的幾何關(guān)系如圖 14（其中虛線為加速階段，實線為減速階 段）： 圖 14 兩個階段的 下降高度及航程為： ?h4 = ???12????222??? , x = ????12?????222???? 加速階段，其加速度方程如下： ???’ = ????’cos??‘ ???,????’ = ????’sin??’ ， ???’ = ?????’ 。 減速階段，其加速度方程如下： ??? = ???? cos?? ? ??,???? = ????? sin?? ， ??? = ???? 。 考慮到區(qū)域邊界為 50 50m，拍照間隔時間為 1s，為了保證區(qū)域連續(xù)性 ，該階段 20 最大飛行速度 4?????? ≤ 251 = 25??/?? 。 考 慮 到照 片 區(qū) 域范 圍 為 2300 2300m ，???????? = 1150m，為使時間最短， a? = | 4??????22(????????/2)| = ??/??2 將 a?值代入方程，得： ?? = ??/??2， ????’ = ??2， ??‘ = 。 ， ???? = ??/??2， ?? = 27。 380。 。 根據(jù) 識別的 圖像， 起點與著陸區(qū)域中心的位置 x=，該過程持續(xù)時間為 ，過程末期著陸器質(zhì)量 ??4?? = 。 自由落體 及制動 過程， ??4 = 2300 ? = ??， ??制 = ????4??? g = ，根據(jù)動量、能量守恒 定律 ，列出 方程 如下： {????41 = ??制 ??42??????4 = ?? ? (12??制 ??422) 解得 ??41 = ??， ??42 = ??。則該過程持續(xù)時間 ??41 + ??42 = ??，???4 = 10?2????，消耗質(zhì)量可以忽略不計。 到達著陸區(qū)域后，著陸器速度迅速減為 0，進入懸停 狀態(tài)，為下一階段作準備 。 因為該階段以及隨后階段運動過程較為簡單，故不再額外附上著陸軌跡圖。 5) 精避障段 圖像識別： 在精確避障階段 ， 由于粗避障階段的著陸區(qū)域選擇 ， 著陸區(qū)域內(nèi)應不再有大尺寸的障礙物或坡度過大的區(qū)域 。 此時避障的目標是避開突然起伏的小型障礙物和障礙區(qū)域 。 為了實現(xiàn)避障操作，先對著陸器采集的高程圖進行處理，選擇著陸點。 根據(jù)對高程圖的分析 （如圖 15），由于月球表面材質(zhì)和數(shù)據(jù)采集精度問題，著陸器采集到的高程圖存在明顯的毛刺，為了使高程圖更具實際意義，我們先對高程圖取平均值進行降噪處理并將 x 軸、 y 軸方向的精度降為 1m（如圖 16）。 21 圖 15 圖 16 對高程圖進行降噪處理后，將 100?? 100??的掃描區(qū)域劃分為以 5m 5m為單位的小區(qū)域進行計算 。 對于每個單元格 ，定義 安全性的標準為 ： ??????? ? ??????? ≤ ?? 在此標準下的安全著陸點分布圖為 ： 由于可供著陸器安全著陸的區(qū)域較小，著陸器采取螺旋搜索的可行的著陸地點，在距離登陸器最近的位置找到著陸點。 軌跡 控制： 圖 17 22 該階段水平位移較小，用水平姿態(tài)調(diào)整發(fā)動機足以實現(xiàn)，故保持主發(fā)動機推力方向豎直。 為提高避障準確性，該階段 推力等于重力， 在豎直方向一直以一個恒定速度下落 。由于豎直速度較小，加速時間較短，故不考慮豎直方向加速過程。 而 為達到省燃料目的，應盡量縮短其過程時間 t5。 經(jīng)查，水平姿態(tài)調(diào)整發(fā)動機最大推力 T=150N[5]， 采 用最大推力 ， 先勻加速后勻減速運動 ，以 實現(xiàn)水平方向最快位移。當著陸器到達安全著陸點時，水平位移停止，豎直方向上速度不變繼續(xù)下落。 為了進一步節(jié)省燃料，還可以 采取 分類處理 措施 ：若著陸器與著陸點距離小于閾值，避障需要的水平位置機動較小， 避障 時間較短，則以較 大 速度 下降 ；若著陸器與著陸點距離大于閾值 , 避障時間較長， 則 以較小速度下降 ?？紤]到圖像為 100100 米區(qū)域，且著陸器初始位置位于區(qū)域正中央，取著陸器可能花費最大時間的一半所經(jīng)過的路程 米作為閾值。 當 距離 小于閾值時，其避障時間 ??5=， 豎直速度 5?=3m/s；當 距離 大于閾值時，其避障時間 ??5=，豎直速度 5?=。無論哪種措施，其著陸器質(zhì)量改變量 ?m5均為 10?2????量級，可以忽略。 若 5?=3m/s，在離月面 30m 時，將速度降為 ，使兩種措施的末狀態(tài)一致，便于下一階段處理。 6) 緩速下降 段 該階段 區(qū)間是距離月面 30m 到 4m。 緩速下降段主要考慮到著陸安全性 , 為了保證著陸月面的速度和姿態(tài)控制精度 , 消除水平速度和加速度 , 保持著陸器水平姿態(tài) 等諸多因素 ,其最優(yōu)策略應 盡可能以較小的設定速度勻速垂直下降 ,且 最后 減速過程較為緩慢 。相對于其他過程，該階段時間 較 短，推力 較 小， 著陸器質(zhì)量消耗 最小 ，可以把著陸器質(zhì)量當成定值。 23 其動量方程為 ?????????? = ???????? ? ∫?????? 即 ∫?? ?? = ??5g??? ?????????? 為 達到省燃料目的，應該在滿足安全性的基礎(chǔ)上，盡量縮短 其 過程 時間 t。 其具體策略如下： 先以一個 略小于重力的推力 下降 (實際上為便于計算可近似