本发明专利技术公开的一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法，属于空间机器人技术领域。本发明专利技术实现方法为：通过高程图点集数据，求解得到任务区域内区域坡度数据，确定巡视器的备选通行位置点；确定规划栅格尺寸，并根据栅格内可通行点数占总数的比例作为评判标准，确定该栅格是否可通行；确定每一个栅格的探索价值，并为其赋予权重值。以当前所在栅格为中心点，将周围预定范围内的可探测节点标记为已探测节点，降低其权重值；以当前所在栅格为中心点，判断周围可通行范围内每个栅格价值，若存在价值不小于结束阈值的栅格，则选择其中价值最大的栅格作为下一步路径节点，重复上述步骤，直至实现基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划。区域搜索路径规划。区域搜索路径规划。
【技术实现步骤摘要】
一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法
[0001]本专利技术涉及一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法，尤其涉及适用于在月面存在静态不可通行区域且高程图已知的情况下，在任务区域内对兴趣目标的搜索路径规划方法，属于空间机器人
技术介绍
[0002]随着航天技术的不断发展，人类已经具备将小型巡视器送至地外天体的能力。巡视器将在其地表对兴趣目标进行搜寻，有效推进相关科学的研究。在规定的任务区域内对兴趣目标区域搜寻过程中，需要对其路径规划算法进行设计。但是由于地外天体环境的限制，对于算法提出了更多的要求，主要体现在如下方面：(1)由于地球与地外天体距离较远，采用遥操作的形式会存在较大的通信时延，故巡视器需具备自主规划能力，自主决策进行路径规划；(2)地外天体表面往往地形复杂，存在较多如环形山、沟壑等不可通行地形。上述地形可能会使得任务区域的可通行部分为不规则图形，这使得传统螺旋或栅格搜索方法难以实现；(3)由于防辐射以及可靠性等设计要求，巡视器将存在较大的算力限制。这使得规划算法应尽可能简单与轻量化，满足路径规划模块能够实现在线运行。另外，由于地外天体任务在初期往往会使用环绕器绘制地形的数字高程地图来选择最为合适的任务区域，故能够为巡视器的任务规划提供先验的高程图信息以供参考。
[0003]地外天体任务区域搜索路径规划技术目前研究较少，主要任务区域搜索路径规划技术体现在地面移动机器人领域。已发展的任务区域搜索路径规在先技术[1](参见：张方方,陈波,班旋旋等.基于生物启发神经网络和DMPC的多机器人协同搜索算法[J].控制与决策,2021,36(11):2699
‑
2706.DOI:10.13195/j.kzyjc.2020.0959.)研究了一种基于生物启发神经网络和DMPC的多机器人协同搜索算法，在保证避障的前提下，优化了计算效率，但该方法以多机器人协同为研究对象，在此不适合单一巡视器的搜寻任务。
[0004]在先技术[2](参见：郝琨,邓晁硕,赵璐等.基于区域搜索粒子群算法的机器人路径规划[J].电子测量与仪器学报,2022,36(12):126
‑
135.DOI:10.13382/j.jemi.B2205754.)研究了采用粒子群算法进行区域搜索路径规划，并提出两种可变算子对惯性权重因子进行调节，对加速因子进行自适应改进，增强算法不同时期的搜索能力，利用新的加速因子使粒子快速摆脱较差区域。该方案的劣势在于虽然提高了传统粒子群算法的计算速度，但是依然难以满足在线计算的需求。
技术实现思路
[0005]本专利技术主要目的是提供一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法，基于高程图和巡视器的机动能力计算将搜索任务区域转化为可通行区域的栅格地图，并根据自身起点和任务区域探索权重自主生成扫描搜索轨迹，保证对可通行区域的全覆盖，具有计算时间短，规划路径可靠等优点。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开的一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法，通过高程图点集数据，求解得到任务区域内区域坡度数据，并将每个位置点的最大坡度与巡视器的越野能力相对比，确定巡视器的备选通行位置点；根据巡视器的大小以及转弯能力确定规划栅格尺寸，并根据栅格内可通行点数占总数的比例作为评判标准，确定该栅格是否可通行；确定每一个栅格的探索价值，并为其赋予权重值。探索价值类型包括未探索区域、已探索区域、不可通行区域、边界；以当前所在栅格为中心点，将周围预定范围内的可探测节点标记为已探测节点，降低其权重值；以当前所在栅格为中心点，判断周围可通行范围内每个栅格价值，若所有栅格价值均小于结束阈值，则任务结束；若存在价值不小于结束阈值的栅格，则选择其中价值最大的栅格作为下一步路径节点，以下一步路径节点为出发点，重复上述步骤，直至实现基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划。
[0008]本专利技术公开的一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一：通过高程图点集数据，求解得到任务区域内每个位置点的最大坡度数据，并将每个位置点的最大坡度与巡视器的越野能力相对比，确定巡视器的可通行位置点。
[0010]若高程图点集中第i行第j列点的高度为H
i,j
，在i后+1或
‑
1和在j后+1或
‑
1分别表示加一行减一行和加一列减一列，下文中若涉及行列变换如无另外说明均遵循上述表达方式。相邻两个高度采样点之间的间距为d0，则计算得到高程图中每一个点的最大坡度S
i,j
表达式为
[0011][0012]将S
i,j
与巡视器的越野能力S
max
相比较，得到高程图中每一个点是否利于通行，通行标记的表达式为
[0013][0014]其中，s
i,j
>s
max
表示该点最大坡度大于巡视器的越野能力，属于不可通行点，标记为1；s
i,j
≤s
max
表示该点最大坡度小于巡视器的越野能力，属于可通行点，标记为0。
[0015]步骤二：根据巡视器的大小以及转弯能力确定规划栅格尺寸d，并根据栅格内可通行点数占总数n的比例作为评判标准，确定该栅格是否可通行。
[0016]单一栅格内包含的高度采样点数量n为
[0017][0018]统计第p行第q列栅格内通行标记为1的数量为n
p,q
个，则该栅格是否可通行的标记表达式为
[0019][0020]其中，T
max
为栅格内不可通行点占比最大值，n
p,q
/n>T
max
表示该栅格内具有太多采
样点不满足可通行条件，属于不可通行栅格，标记为1；n
p,q
/n≤T
max
表示该栅格内采样点较多满足可通行条件，属于可通行栅格，标记为0；
[0021]步骤三：根据地形特点与任务需求，为每一个栅格赋予权重值。
[0022]步骤四：以巡视器当前所在栅格为中心点，将周围预定范围内的可探测节点标记为已探测节点。
[0023]若第p行第q列栅格的权重值为w
p,q
，已探测栅格的权重值w
done
，巡视器当前所在栅格为第a行和第b列，探测半径为r
d
，更新所有可通行栅格的权重值为
[0024][0025]步骤五：以巡视器当前所在栅格为中心点，计算周围可通行范围内每个栅格价值，若所有栅格价值均小于结束阈值或可通行区域覆盖率已达到要求，则任务结束；若不满足条件，则选择其中价值最大的栅格作为下一步路径节点，随后以下一步路径节点为出发点，返回步骤四，直至实现基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划。
[0026]若巡视器可通行范围半径为r
t...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于高程图的地外天体任务区域搜索路径规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：通过高程图点集数据，求解得到任务区域内每个位置点的最大坡度数据，并将每个位置点的最大坡度与巡视器的越野能力相对比，确定巡视器的可通行位置点；若高程图点集中第i行第j列点的高度为H
i,j
，在i后+1或
‑
1和在j后+1或
‑
1分别表示加一行减一行和加一列减一列，下文中若涉及行列变换如无另外说明均遵循上述表达方式；相邻两个高度采样点之间的间距为d0，则计算得到高程图中每一个点的最大坡度S
i,j
表达式为将S
i,j
与巡视器的越野能力S
max
相比较，得到高程图中每一个点是否利于通行，通行标记的表达式为其中，s
i,j
>s
max
表示该点最大坡度大于巡视器的越野能力，属于不可通行点，标记为1；s
i,j
≤s
max
表示该点最大坡度小于巡视器的越野能力，属于可通行点，标记为0；步骤二：根据巡视器的大小以及转弯能力确定规划栅格尺寸d，并根据栅格内可通行点数占总数n的比例作为评判标准，确定该栅格是否可通行；单一栅格内包含的高度采样点数量n为统计第p行第q列栅格内通行标记为1的数量为n
p,q
个，则该栅格是否可通行的标记表达式为其中，T
max
为栅格内不可通行点占比最大值，n
p,q
n>T
max
表示该栅格内具有太多采样点不满足可通行条件，属于不可通行栅格，标记为1；n
p,q
n≤T
max
表示该栅格内采样点较多满足可通行条件，属于可通行栅格，标记为0；步骤三：根据地形特点与任务需求，为每一个栅格赋...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛岸远，张宏莹，张尧，胡权，文明，马奕然，赖志腾，田泽川，陈林，姚林涵，彭靖卓，李悦怡，孙一勇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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