一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法技术

本发明专利技术一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，(1)利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；(2)采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；(3)利用测距波束脚印处高程修正斜距。本发明专利技术提出的利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形的方法可以仿真陨石坑分布的多样性。本发明专利技术采用三角形分割和线性插值方法计算的网格内任意点高程更为接近真实情况，避免了地形跳变，本发明专利技术提出的基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，利用测距波束脚印处高程来修正斜距，提高了斜距的仿真精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法
本专利技术涉及一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，属于航天器数学仿真

技术介绍
着陆器着陆月面的过程中需要实时知道自身相对月面的位置和速度。该功能由导航系统完成。测距敏感器是导航系统的关键敏感器，测量着陆器相对月面的斜距，即从着陆器到测量波束在月面脚印的距离，被导航系统用于实时估计着陆器高度。数学仿真是分析验证月球着陆器导航系统性能的主要方法。数学仿真的逼真度直接影响分析验证结果的有效性。为了实现高逼真度的数学仿真，有如下3个问题需要解决：1、真实地形数据库的分辨率有限，一般在50m以上，用于仿真着陆点附近地形时精度不够；2、地形数据库提供的是矩形网格分布离散点的高程数据，但是测距波束脚印可能落在网格中的任意一点，因此需要设计插值算法计算网格内高程；3、按照与星下点高度成余弦关系计算出的斜距，因未考虑地形起伏而存在一定误差。本专利技术为此提出一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，利用matlab随机生成局部精细模拟地形，弥补真实地形数据分辨率不足问题，采用三角形分割和线性插值方法计算网格内任意点高程，通过查询测距波束脚印处高程来修正斜距。现有的月面地形数学仿真技术偏重于三维动画视景仿真和演示功能，缺乏对月面着陆过程中，着陆点陨石坑分布具有多样性时，测距敏感器斜距测量高精度数学仿真的支持。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，提高了斜距的仿真精度。本专利技术解决的技术方案为：一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，步骤如下：(1)利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；(2)采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；(3)利用测距波束脚印处高程修正斜距。优选的，着陆点附近，是指：以着陆点为中心的矩形区域，矩形的尺寸为设定的。优选的，随机生成，是指在矩形区域内陨石坑的位置是随机给出。优选的，精细模拟地形：是指分辨率小于等于1米的模拟了指定数量和半径陨石坑的地形。优选的，模拟地形叠加在真实地形上形成仿真地形。优选的，测距波束脚印处，具体是指：测距波束为着陆器发出的用于测距的波束；脚印处是指：测距的波束与月面的交点处。优选的，一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真系统，包括：地形叠加模块、高程计算模块和斜距修正模块；地形叠加模块，利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；高程计算模块，采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；斜距修正模块，利用测距波束脚印处高程修正斜距。优选的，着陆点附近，是指：以着陆点为中心的矩形区域，矩形的尺寸为设定的。优选的，随机生成，是指在矩形区域内陨石坑的位置是随机给出。优选的，精细模拟地形：是指分辨率小于等于1米的模拟了指定数量和半径陨石坑的地形。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提出的基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，利用matlab随机生成局部精细模拟地形，叠加在低分辨率真实地形之上，获得了更逼真的地形仿真效果，同时数学仿真速度未受影响。(2)本专利技术提出的基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，与简单取临近顶点高程值的插值方法相比，采用三角形分割和线性插值方法计算的网格内任意点高程更为接近真实情况，避免了地形跳变。(3)本专利技术提出的基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，通过查询测距波束脚印处高程来修正斜距，提高了斜距的仿真精度。附图说明图1本专利技术中真实地形叠加精细模拟地形示例示意图；图2本专利技术采用三角形分割和线性插值方法计算网格内任意点高程的原理示意图；图3本专利技术通过查询测距波束脚印处高程来修正斜距的原理示意图；图4本专利技术基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法的主流程示意图；图5本专利技术查询高程的子流程示意图；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细描述。本专利技术一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，(1)利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；(2)采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；(3)利用测距波束脚印处高程修正斜距。本专利技术提出的利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形的方法可以仿真陨石坑分布的多样性。本专利技术采用三角形分割和线性插值方法计算的网格内任意点高程更为接近真实情况，避免了地形跳变，本专利技术提出的基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，利用测距波束脚印处高程来修正斜距，提高了斜距的仿真精度。本专利技术用于月球着陆器的测距敏感器测量的斜距的高精度数学仿真，解决了着陆点附近陨石坑分布多样性地形的精细模拟问题，高程数据跳变问题，和月球着陆器制导、导航与控制系统方案对多样性地形的适应性仿真验证难题，有助于提高系统方案设计的可靠性，从而提高最终的月面着陆成功率。本专利技术一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真系统，包括：地形叠加模块、高程计算模块和斜距修正模块；地形叠加模块，利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；高程计算模块，采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；斜距修正模块，利用测距波束脚印处高程修正斜距。本专利技术中斜距是指着陆器到测距波速脚印的距离。测距波速脚印是指测距波束与月面的交点。着陆点附近，是指以着陆点为中心的矩形区域。矩形区域的长和宽取值应保证着陆器低于一定高度时，例如3km，测距波束脚印始终位于模拟地形内。陨石坑分布多样性是指陨石坑的位置、数量和半径具有多样性。精细模拟体现在模拟地形分辨率小于等于1米。本专利技术中真实地形和模拟地形都是以网格分布离散点处高程数据形式存储。该网格的行列一般取为与月面经线纬线平行。测距波束脚印可能落在网格中的任意一点。为此，采用三角形分割和线性插值方法计算脚印处高程，所得结果无跳变问题。三角形分割是指将矩形分割为两个三角形。线性插值方法指将三角形内地形视为平面，利用平面方程求解脚印处高程。本专利技术一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，步骤如图4所示，优选方案步骤如下：(1)利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储，优选方案如下：(1.1)模拟地形为矩形，指定其长和宽，以及分辨率。长和宽的取值应保证着陆器低于一定高度时，例如3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，其特征在于步骤如下：/n(1)利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；/n(2)采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；/n(3)利用测距波束脚印处高程修正斜距。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，其特征在于步骤如下：
(1)利用matlab随机生成着陆点附近精细模拟地形并叠加在真实地形上，形成仿真地形，仿真地形按预先划定的网格存储；
(2)采用三角形分割和线性插值方法，计算网格内测距波束脚印处的高程；
(3)利用测距波束脚印处高程修正斜距。


2.根据权利要求1所述的一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，其特征在于：着陆点附近，是指：以着陆点为中心的矩形区域，矩形的尺寸为设定的。


3.根据权利要求1所述的一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，其特征在于：随机生成，是指在矩形区域内陨石坑的位置是随机给出。


4.根据权利要求1所述的一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，其特征在于：精细模拟地形：是指分辨率小于等于1米的模拟了指定数量和半径陨石坑的地形。


5.根据权利要求1所述的一种基于精细模拟地形的月面着陆斜距测量数学仿真方法，其特征在于：模拟地形叠加在真实地形上形成仿真地形。


6.根据权利要求1所述的一种基于精细模拟地形的月面着...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓文，李骥，张洪华，关轶峰，程铭，于萍，杨巍，于洁，王志文，王华强，王泽国，陈尧，赵宇，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11