月球的力学形状以及月球物理参数的研究

利用月球重力场展开式中的Stokes系数,确定了月球的力学形状(月球水准而方程),然后计算了最佳拟合的月球椭球体的参数,周时,通过数值求解Clairaut方程获得了一组月球物理参数的流体静力学平衡值,进而讨论了月球形状参数中的非流体静力学分量的特点.显而易见,当选取月球的一些物理参数时,应考虑到地月系经历了潮汐演化这一事实,最后,建议把月球的物理参数分成三类初始常数,导出常数,以及估算常数(参看表4),本文给出了计算各导出常数的公式,并建议把月球的潮汐洛夫数k_2归于估算常数中,当前可用月球内部结构模型(例如本文的LUNA 91-04)的计算值(k_2=0.0266)作为其采用值,该值与IERS Standards(1992)中给出的数值(0.0222)不同;当k_2值改变吋,将会影响到导出常数C_(22)和C/MR~2的取值.     

星际探测车导航控制系统结构研究

结合星际探测车的运行环境和任务,提出了一种三层递阶式智能导航控制系统结构.该结构采用了慎思与反应相结合的导航控制策略,通过建立多种人机协同机制,将人的规划能力和反应能力融入到地面协同规划层.通过机器学习的方法使探测车具备智能自主驾驶功能.实现了人机智能的有机结合,提高了星际探测车运行的安全性和环境适应性.     

基于ADAMS的载人月球车性能分析

以载人月球车为研究对象,对月球车转弯性能和抗倾覆性能进行了理论分析.利用PATRAN和ADAMS建立了月球车车轮、底盘、悬架及月面环境模型,对月球车转弯性能进行了分析,并对月球车爬坡、两侧同时越障、单侧越障、越过沟壑时的俯仰稳定角、滚转稳定角进行了仿真.结论指出:转弯半径随着内外侧车轮转速比的减小而减小,当转速比为0时该月球车模型具有最小转弯半径2.4 m;坡度对俯仰稳定角的不利影响最大,月球车爬坡时俯仰稳定角的减小值与坡度的倾斜角度相等,滚转稳定角受沟壑的影响最大.     

嫦娥三号巡视器视觉定位方法

月面巡视器的定位是巡视器开展月面科学考察工作的基础,是一项关键技术.本文提出了一种基于计算机视觉的定位方法,将SIFT(scale-invariant feature transform)匹配、相关系数匹配、最小二乘匹配和光束法平差等多项技术融合,实现了相邻站间月面巡视器的导航定位.在实验室构建立体视觉导航系统对本文的方法进行可行性和精度测试,结果表明视觉定位相对精度将优于4%,并成功应用于玉兔号巡视器定位.     

月球轨道器交会对接同波束VLBI测量差分相时延实时解算

同波束VLBI技术是解决月球轨道交会对接地面高精度引导的重要手段．传统的多频点同波束VLBI实时解算算法成功解算差分相位整周模糊度的概率较低,而事后统计修正求解整周模糊度的算法存在较大的时间滞后,从而直接影响月球轨道交会对接两个航天器地面定轨、定位的精度以及实时性．在此背景下,本文研究了应用于月球交会对接条件下的同波束VLBI差分相时延实时解算算法．首先给出了多频点同波束VLBI解算差分相时延及整周模糊度的原理,根据差分相关相位整周模糊和差分相时延实时及事后解算结果,对整周模糊度产生的原因进行分析通过求解精确差分群时延值、采用匹配搜索算法以及差分相位连接条件对传统实时解算算法进行改进,提出一种新的差分相时延实时解算算法．利用SELENE同波束VLBI观测数据进行实时解算．结果表明该算法成功解算模糊度的准确度达到95．49％,相对于传统解算算法准确度提高了5．45％．     

载人月球车扭杆式折叠悬架转向断开点位置的优化分析

以载人月球车为研究对象,利用空间机构运动学理论对月球车的扭杆式折叠独立悬架进行了数学建模分析,编制了月球车悬架转向断开点位置的Matlab程序,并对其位置进行了优化分析, 与传统的平面作图法进行对比, 优化后的断开点使得悬架导向机构和转向传动机构的干涉大幅度减小。从而为扭杆式折叠独立悬架转向断开点的位置选取提供了较为精确的方法。     

极限温度下月球车轮驱动电机带障运行性能预测

月球车在月面极端恶劣环境下长时间运行,很难得到维护,预测故障发生后其车轮驱动电机的运行性能对月球车运动控制系统的可靠性研究有重要意义。建立了室温下电机的有限元仿真模型,通过修改材料属性,对月面极限温度下电机性能进行了预测;对正常运行时的模型施加故障条件,仿真了电机带障运行时的电流和电磁转矩波形,与正常运行时进行了比较和分析。仿真结果表明：电机发生故障后,车轮无法自主起动,但在某些故障条件下,电机仍然具备一定的转矩输出能力。实验结果证明室温时模型在额定转速附近具有较好的精度。研究结论为电机的性能预测和故障诊断以及月球车可靠性分析提供了参考。     

基于视觉闭路的月球车GNC半实物仿真测试平台

提出一种基于视觉闭路的月球车GNC(导航制导与控制)分系统测试的半实物仿真平台.对平台的构成与数据流进行设计,完成平台的视觉闭路设计,针对避障相机图像畸变的参数与实际避障相机焦距之间的匹配性问题,对投影图像边缘点的畸变忽略.避障相机成像时接收动力学仿真生成的相机位置、姿态参数,利用多线程方式完成双目视觉模拟,解决了图像与规划路径匹配及快速生成问题,满足闭环测试的需求.该平台可构建多种测试工况,提高分系统测试的覆盖性和测试效率.嫦娥三号巡视器在轨长时间的月面正常行走,表明该测试平台在分系统测试中的有效性.     

嫦娥一号绕月卫星对月球重力场模型的优化

月球重力场是揭示月球内部结构和物质组成的重要信息,探测月球重力场仍然是绕月探测任务中的重要科学目标之一．在已有月球重力场模型基础上,利用嫦娥一号探测数据,并结合“月女神”一号探测器、月球勘察者（LP）及早期月球探测器轨道跟踪数据,本文解算得到了高精度月球重力场模型CEGM02（100阶次）,在CEGM01月球重力场模型基础上对模型进行了优化．对新模型的分析结果表明,嫦娥一号卫星轨道跟踪数据的融入,使得对月球重力场长波长部分的解算精度有显著提高,相比于SGMl00h模型在5阶以内精度提高约2倍,在10阶以内有明显贡献,在20阶内都有贡献．初步判断这是由于嫦娥一号卫星轨道动量轮卸载的频度不足“月女神”的1／4,而同时轨道相对较高所导致．文中结合CEGM02和激光测月观测结果解算了月球平均转动惯量0．393446（±0．000006）,对月球内部构造研究提供了更强的约束．     

基于3维模型的月球表面软着陆燃耗最优制导方法

为了解决月球探测器软着陆燃耗最优制导问题,基于变分法设计了最优制导律.首先,基于变分法,将问题转换为终端时间自由且带有条件约束的两点边值问题;其次,引入了时间尺度变换方法,将终端时间自由的两点边值转换成终点时间固定的两点边值问题;最后,为了确保两点边值的求解迭代算法收敛,提出了一种终端时间和共轭变量初始值猜测方法,并通过数值方法取得终端时间和共轭变量精确的初始值以及着陆过程中最优制导律和3维最优轨迹.仿真实验结果表明,所提方法有效,算法可收敛,并且实现了燃耗最优制导.