發(fā)布時(shí)間：2020-04-06 16:35

【摘要】：宇航員在月球表面執(zhí)行艙外非機(jī)動(dòng)任務(wù)時(shí),離不開(kāi)導(dǎo)航定位技術(shù)的支持。和地球表面環(huán)境相比,宇航員面臨的月球環(huán)境更加嚴(yán)峻,微重力和缺乏參照物等因素很容易引起宇航員的空間定向障礙,從而使得宇航員無(wú)法自己準(zhǔn)確有效地判斷自身空間方位,因此需要研制可靠的宇航員導(dǎo)航系統(tǒng)。本文選取慣性器件為主要傳感器,研究了一種可穿戴式的宇航員月面導(dǎo)航系統(tǒng)。本文首先分析了月球表面的環(huán)境特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上確定了以慣性導(dǎo)航技術(shù)為主要的導(dǎo)航方式,進(jìn)一步推導(dǎo)了月面環(huán)境下的慣性導(dǎo)航模型,并根據(jù)宇航員執(zhí)行艙外非機(jī)動(dòng)任務(wù)的特點(diǎn),對(duì)導(dǎo)航模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。由于慣性器件漂移誤差的存在,單獨(dú)的慣性導(dǎo)航誤差累積很快,因此需要研究有效的誤差校正方法�？紤]到月球表面的環(huán)境約束,本文將宇航員的先驗(yàn)知識(shí)與導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合,通過(guò)分析宇航員月面行走的步態(tài)規(guī)律,利用宇航員足部與月球表面接觸時(shí)存在靜止時(shí)間段這一先驗(yàn)知識(shí),當(dāng)檢測(cè)出靜態(tài)區(qū)間后,采用零速修正算法對(duì)慣性導(dǎo)航的誤差發(fā)散進(jìn)行抑制與修正。同時(shí),為了解決導(dǎo)航系統(tǒng)航向角誤差發(fā)散的問(wèn)題,分析宇航員月面行走時(shí)的行為特征,進(jìn)一步引入更多導(dǎo)航知識(shí)。首先,為了節(jié)約能量和在最短時(shí)間內(nèi)接近目標(biāo),在路況允許的條件下宇航員具有直線行走的傾向。同時(shí),宇航員不可能一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),出于定點(diǎn)采樣等任務(wù)需求,在宇航員行走過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的短暫的原地停留。本文將這些先驗(yàn)知識(shí)同導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合,進(jìn)一步約束了宇航員月面導(dǎo)航系統(tǒng)的航向角誤差發(fā)散,提升導(dǎo)航系統(tǒng)的性能和精度,最后,通過(guò)多次行走實(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行了測(cè)試。
【圖文】：

圖 1-1 阿波羅登月宇航員月面行走軌跡現(xiàn)空間定向主要依賴三個(gè)感官系統(tǒng)：視覺(jué)系統(tǒng)，前統(tǒng)即人類的雙目視覺(jué)，通過(guò)觀察環(huán)境中熟悉的事物息；前庭系統(tǒng)，能夠感知重力和運(yùn)動(dòng)，負(fù)責(zé)掌管身布于皮膚、肌肉及關(guān)節(jié)等位置的軀體神經(jīng)系統(tǒng)，主然后通過(guò)這些感官信息來(lái)判斷空間方位。在地球上類的前庭系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)和軀體感覺(jué)系統(tǒng)建立了平信息的平衡被打破，便會(huì)導(dǎo)致空間定向困難[7-9]。/6，這種微重力環(huán)境會(huì)干擾宇航員的前庭系統(tǒng)和軀方位的變化不敏感。此外，由于球上沒(méi)有大氣層，如果宇航員不能適應(yīng)這種環(huán)境，將會(huì)造成對(duì)物體距離更近[6]。同時(shí)，月球上缺少參照物，這也加大了。由此可見(jiàn)，宇航員通過(guò)自身判斷難以獲得準(zhǔn)確有部導(dǎo)航設(shè)備來(lái)提供導(dǎo)航信息，，因此需要研制相應(yīng)的

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2014 年期間，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的測(cè)繪與地理信息員月面導(dǎo)航的相關(guān)研究，并且研制了出了一套可穿戴統(tǒng)（Lunar Astronaut Spatial Orientation and InformSOIS 的概念圖如圖 1-2 所示，系統(tǒng)采用多傳感器組合性[14,15]。總體而言，LASOIS 融合了月球軌道上、月球的多種傳感器數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)宇航員在月球表面的初的確定，并且能夠?yàn)橛詈絾T提供持續(xù)不間斷的導(dǎo)航定器主要包括軌道探測(cè)器上的偵察相機(jī)和激光測(cè)高儀月球探測(cè)器等，可穿戴式傳感器主要包括雙目相機(jī)nit）以及足部壓力傳感器等（如圖 1-3 所示），這些傳波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。研究人員在月面模擬環(huán)境下對(duì)果表明在 6.1km 的行走距離內(nèi)，系統(tǒng)級(jí)精度能夠達(dá)到
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V448.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616754