一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法技术

本发明专利技术涉及一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法。首先在激光雷达扫描状态和跟踪状态下都可以进行远近场目标切换。其次，在跟踪状态下进行合作目标切换时，切换完成后激光器将同时进行切换，且回波能量调整参数需要设置合适的值，以保证迅速跟踪上切换的目标。然后，远近场切换过程必须保证完全完成，避免由于引导距离或最终测量距离的抖动，造成远近场目标短时间内来回切换。最后，启动目标切换后即时设置切换标志，通知外部单元，保证激光雷达远近场目标切换的协调进行以及顺利完成。本发明专利技术可以为月球轨道交会对接激光雷达的软件算法提供实质性的策略，进而保障月球轨道交会对接过程的顺利完成。球轨道交会对接过程的顺利完成。球轨道交会对接过程的顺利完成。

【技术实现步骤摘要】
一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法


[0001]本专利技术涉及轨道交会对接的
，具体涉及一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法，用于月球轨道交会对接激光雷达的研制，还可推广于其他交会对接使用的交会激光雷达设计。

技术介绍

[0002]在探月工程的实施过程中，月球轨道交会对接是其中的关键技术环节。月球探测器在月表完成月面巡视、探测以及取样后，上升器将从月球表面起飞，上升到环月轨道，与停留在该轨道上的月球轨道器进行交会对接，组合在一起，返回到地球。在两飞行器距离从20km米到0.5m对接完成过程中，交会对接激光雷达是交会对接过程中的关键设备。
[0003]交会对接激光雷达由安装在月球轨道器上的激光雷达主机和安装在上升器上的激光雷达合作目标组成，通过激光雷达主机对合作目标扫描与跟踪，可以获得激光雷达主机相对于合作目标的距离和线速度、视线相对于激光雷达测量坐标系的俯仰角α和方位角β，从而为两飞行器交会对接提供相对运动参数。
[0004]在月球轨道器与月球上升器交会对接的过程中，随着距离的接近，激光雷达将进行远场目标到近场目标的切换。为了顺利的实现目标切换，提出了一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法，该方法不仅能适应扫描态与跟踪态，并且能通过激光器切换以及能量的调节使得激光雷达快速跟踪上期望的合作目标。此外，通过设置远近场目标切换完成标志，并保证切换过程在待切换区域内能够完成，避免由于引导距离或最终测量距离的抖动，造成远近场目标短时间内来回切换。远近场目标切换的成功与否直接影响交会对接激光雷达的测量数据有效性，因此，在进行工程设计时，需考虑合适的远近场切换控制方法。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无与此相关的月球轨道交会对接远近场切换控制方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是：提供一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法，解决月球轨道交会对接激光雷达的远近场目标的实时切换问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法，步骤如下：
[0008]步骤(1)：根据远近场目标的测量重叠范围，设计远近场的切换区域[a2，a3]，其中，a1<a2<a3<a4，[a1，a4]为远场目标、近场目标的测量重叠范围；
[0009]步骤(2)：根据步骤(1)中的切换区域，设计相应的切换控制方法，无论激光雷达当前是处于扫描态还是跟踪态，都能响应远近场目标的切换命令；具体为：
[0010]步骤(21)：如果激光雷达处于扫描态，并且当前引导距离处于步骤(1)中的区域内，根据当前状态是逼近还是撤离将合作目标从远场目标切换为近场目标或将合作目标从近场切换为远场目标；
[0011]步骤(22)：如果激光雷达处于跟踪态且稳定跟踪超过一段时间以后，并且当前激光雷达自身测量的距离数据处于步骤(1)中的区域内，根据当前状态是逼近还是撤离将合作目标从远场目标切换为近场目标或将合作目标从近场切换为远场目标；
[0012]步骤(3)：响应切换命令的同时，将根据远近场目标选择合适的激光器以及能量大小，以保证迅速跟踪上切换的目标；
[0013]步骤(4)：通过设置远近场目标切换完成标志，并保证切换过程在步骤(1)所述的区域内能够完成，避免由于引导距离或最终测量距离的抖动，造成远近场目标短时间内来回切换；
[0014]步骤(5)：目标切换完成将及时通知外部控制单元，保证整个切换过程的协调同步进行以及顺利完成；
[0015]进一步地，步骤(3)中所述的激光器和能量大小设置方法具体为：在扫描跟踪远场目标时，设置软件开启光纤激光器，并根据引导距离以及回波强度设置合适的能量大小，以保证快速跟踪上远场目标；在扫描跟踪近场目标时，设置软件开启半导体激光器，并根据引导距离以及回波强度设置合适的能量大小。
[0016]进一步地，步骤(4)中所述的远近场目标切换完成标志具体通过如下方法设置：从远场目标切换为近场目标或者从近场目标切换为远场目标，均可通过能量以及波段参数实时识别当前跟踪上的目标状态，假如跟踪上的目标为预期目标，则置远近场目标切换完成标志。
[0017]本专利技术和现有技术相比所具有的优点在于：本专利技术设计了一种有效的远近场切换控制方法，该方法简单实用，可以保障远近场目标的切换顺利完成，为交会对接提供了软件技术参考。同时，本专利技术还可以推广到其他交会对接任务中的远近场切换控制，进而设计相应的软硬件策略。该方法已经应用于嫦娥五号交会对接激光雷达，为我国月球轨道交会对接提供技术支持和软件策略保障。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法的远近场切换控制步骤图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图及具体实施例对本专利技术再作进一步详细的说明。
[0020]月球轨道交会对接激光雷达主要用于上升器与轨道器的交会对接，为两器的对接提供相对位姿参数。在随着距离的逼近，对激光雷达的距离精度要求也越高，远场目标覆盖范围宽，但是在近距离跟踪远场目标精度较差，因此需设计近距离跟踪近场目标，进而涉及远近场目标的切换过程。具体的切换过程如附图1所示，其步骤为：
[0021]步骤(1)：首先，根据远近场目标的测量重叠范围，设计远近场的切换区域[a2，a3]。切换开始，需判断目前的距离是否属于切换区域内。如果不在切换区域内，切换命令被激光雷达记录下，然后等待条件满足后再进行切换，本轮切换的动作就直接结束。如果当前距离在切换区域，则进行步骤(2)的过程。
[0022]步骤(2)：无论激光雷达当前是处于扫描态Scan还是跟踪态Track，都能响应远近
场目标的切换命令。然后判断当前是处于扫描态还是跟踪态，如果当前是跟踪态，则进行步骤(21)的过程，如果当前是扫描态则进行步骤(22)的过程。
[0023]步骤(21)：跟踪态下，根据测量距离选择合适的激光器及其能量大小，保证迅速跟踪上切换的目标。
[0024]步骤(22)：扫描态下，根据引导距离选择合适的激光器及其能量大小，并将上一轮的跟踪参数进行清理，保证迅速扫描跟踪上切换的目标。
[0025]步骤(3)：然后，切换动作执行以后跟踪上目标并进入稳定跟踪状态，此时对回波强度Echo_Intensity进行闭环控制，并根据能量及波段等参数识别当前目标是否是期望跟踪的目标，如果是期望的目标，则进行步骤(4)的过程，如果不是期望的目标，则继续跳回到步骤(1)进行切换区域的判断，执行下一次切换。
[0026]步骤(4)：切换跟踪上期望的目标后，给出切换完成标志Switch_Finish_Flag，避免由于引导距离Guide_Distance或最终测量距离Distance的抖动，造成远近场目标短时间内来回切换。执行完该步骤以后进行步骤(5)的过程。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月球轨道交会对接激光雷达的远近场切换控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤(1)：根据远近场目标的测量重叠范围，设计远近场的切换区域[a2,a3]，其中，a1<a2<a3<a4，[a1,a4]为远场目标、近场目标的测量重叠范围；步骤(2)：根据步骤(1)中的切换区域，设计相应的切换控制方法，无论激光雷达当前是处于扫描态还是跟踪态，都能响应远近场目标的切换命令；具体为：步骤(21)：如果激光雷达处于扫描态，并且当前引导距离处于步骤(1)中的区域内，根据当前状态是逼近还是撤离将合作目标从远场目标切换为近场目标或将合作目标从近场切换为远场目标；步骤(22)：如果激光雷达处于跟踪态且稳定跟踪超过一段时间以后，并且当前激光雷达自身测量的距离数据处于步骤(1)中的区域内，根据当前状态是逼近还是撤离将合作目标从远场目标切换为近场目标或将合作目标从近场切换为远场目标；步骤(3)：响应切换命令的同时，将根据远近场目标选择合适的激光器以及能量大小，以保证迅速跟踪上切换的目标；步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜坤，刘恩海，周向东，岳永坚，冯志辉，袁林晨，李伟雄，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：