月球表面地形数据分析及仿真研究

论文摘要

月球表面地形数学模型的建立是月球探测器和月面巡视探测器研制的基础,是登月飞行器和科学探测仪器设计的重要输入条件和约束条件。本文从数字高程表面建模的研究内容入手,论述了基于模型的月球表面建模的必要性,以支持月球软着陆探测动力学和控制仿真为目的,建立了月球表面数字高程模型,详细研究了月球表面地形的数学模型和统计模型,完成了月表仿真系统的设计和实现。本文主要研究内容如下:1.对DEM表面建模理论进行深入研究,本文简要介绍了数字高程表面建模的基本理论,阐述了数字高程建模的步骤和方法,讨论了在建模过程中采用的网格类型和内插方法,提出了混合DEM建模方法在月球表面地形建模的应用模式。2.在广泛调研的基础上,对月球表面地形地貌数据进行分析、对比,总结出月球表面的地形地貌特征,为月球表面地形建模和仿真奠定基础。通过对月球表面地形地貌的分析,提炼出表征月球表面地形地貌的基本元素—坡度、撞击坑和障碍物(包括石块、山脊等),以指导月球表面DEM建模和仿真。同时通过对不同着陆区的对比分析,给出了我国月球软着陆探测II期工程巡视器动力学设计的参考输入条件。3.根据月球表面地形地貌特点,建立月球表面典型地形数学模型。根据对建模理论和月球表面典型地貌特点的分析,分别建立了月球表面撞击坑和石块的数学模型,根据对国外资料的搜集和整理建立了月球表面撞击坑和石块统计模型,为完成月表的DEM建模奠定了基础。4.在理论研究的基础上,设计并实现月球表面DEM数据的生成。完成了月表建模仿真系统的设计和实现,与动力学仿真模型进行了联合测试。测试结果表明,该仿真系统生成的仿真测试数据正确,能够支持月球软着陆探测动力学仿真软件进行测试和分析,具有工程实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.2 月球地形研究现状
• 1.2.1 基于测绘的月球地形建模研究现状
• 1.2.2 基于模型的月球地形建模研究现状
• 1.3 本文的研究目的和内容
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 数字高程建模理论与方法
• 2.1 数字高程模型理论概述
• 2.1.1 数字高程模型基本概念
• 2.1.2 数字高程模型表示方法
• 2.2 数字高程表面建模方法
• 2.2.1 基于TIN的DEM表面建模
• 2.2.2 基于正方形网格的表面建模
• 2.2.3 基于混合格网的表面建模
• 2.3 数字高程内插模型
• 2.3.1 整体内插
• 2.3.2 分块内插
• 2.3.3 逐点内插
• 2.4 小结
• 第三章 月球表面地形地貌分析
• 3.1 平均坡度分析
• 3.2 月表障碍物分析
• 3.3 撞击坑分析
• 3.4 小结
• 第四章 月球表面典型地貌数学建模
• 4.1 数学建模基本思路
• 4.2 撞击坑数学模型的建立
• 4.3 石块数学模型建立
• 4.4 月面撞击坑统计模型
• 4.5 月面石块统计模型
• 4.6 小结
• 第五章 月球表面DEM建模及应用
• 5.1 月表建模仿真系统设计
• 5.1.1 系统结构组成
• 5.1.2 系统设计流程
• 5.2 月表建模仿真系统实现
• 5.2.1 系统参数确定
• 5.2.2 月表仿真区域
• 5.2.3 仿真功能实现
• 5.2.4 DEM数据生成
• 5.3 DEM数据的应用
• 5.3.1 三维地形建模
• 5.3.2 ADAMS的地面谱文件
• 5.4 小结
• 第六章 联合仿真测试案例分析
• 6.1 巡视器运动学建模
• 6.2 车轮与月面接触的几何分析
• 6.3 车轮与月壤相互作用力学模型
• 6.4 坡度仿真数据测试
• 6.5 石块仿真数据测试
• 6.6 小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献