【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及火星地震勘探领域，尤其涉及基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法及系统。
技术介绍
1、火星是太阳系内与地球最为相似的行星之一，其地质历史、气候环境和潜在的生命迹象吸引了科学家和探测机构的广泛关注。自1960年代以来，多个国家和机构已经实施了数十次火星探测任务，积累了大量关于火星大气、地表和气候的信息。然而，火星内部结构和地质活动仍是科学研究的一个重要领域，地球物理勘探技术应用于火星勘探是揭示这些问题的关键手段。
2、在地球物理勘探领域中，主要的勘探方法包括地震勘探、电磁勘探、重力和磁力测量等方法。在这些方法中，地震勘探是研究地下结构和地质活动的有效手段，即通过在地表布设地震仪，接收人造震源引发的地震波的反射和折射信号，以解析出地下岩层的结构和性质。
3、然而，在火星上实施上述地震勘探还面临以下挑战：
4、首先在火星上大气非常稀薄，火星大气密度仅为地球的1%，无法由人类开展人工源地震探测；其次，火星的环境十分极端，表面温差巨大，从白天的20摄氏度到夜晚的零下130摄氏度不等，从而对地震仪具有耐高低温的要求；另外，火星的地表存在大量沙丘、岩石和火山地貌，传统的地面车辆难以在这些复杂地形中布设地震仪；而且，火星广袤的地表面积和人类尚未登陆火星的现状，使得人工布设和回收地震仪变得极为困难且不切实际，即在现有技术手段下，人力进行勘探作业短时间内难以实现。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种基于无人机布设、回收地震仪的
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，包括以下步骤：
3、s1、利用布置于地球上的地面控制终端生成带有布设点的飞行路径，并将飞行路径传输至火星上的无人机集群；
4、s2、在分布式算法的协调作用下，利用导航模块实时修正飞行路径，使得无人机本体携带地震仪到达飞行路径上的布设点；
5、s3、无人机本体下降直至将地震仪插入布设点上，完成地震仪的布设；
6、s4、利用地震仪采集火星波形数据，并将波形数据回传至地面控制终端；
7、s5、任务完成，回收布设点上的地震仪。
8、优选的，步骤s1具体包括以下步骤：
9、s11、从火星轨道的遥感卫星上获取火星待勘探区域的地形数据；
10、s12、对获取的地形数据依次进行数据清洗、几何校正和影像匹配处理；
11、s13、对经步骤s12处理后的地形数据依次进行立体匹配、视差计算和高程计算，从而生成初步dem模型；
12、s14、将待勘探区域的历史地震数据与初步dem模型融合，得到最终dem模型；
13、s15、基于勘探目的和地质特征，在最终dem模型确定布设点的间距；
14、s16、基于布设点的位置，考虑飞行时间、能量消耗和路径安全性通过a*算法、dijkstra算法或者动态规划算法生成飞行路径；
15、其中，利用a*算法生成路径，且a*算法计算公式如下：
16、；
17、式中，表示选择路径的依据；表示从起点到当前节点的实际代价；表示从当前节点到目标节点的启发式估计代价；
18、利用dijkstra算法在静态规划阶段计算全局最短路径，获得最优路径，且dijkstra算法公式如下：
19、；
20、式中，表示从起点到节点的最短距离；表示与节点直接相邻的节点集合；表示从起点到节点的当前已知的最短距离；表示从节点到节点的路径代价；
21、在考虑影响因素的前提下，利用动态规划算法优化多阶段决策问题，且动态规划算法公式如下：
22、；
23、式中，表示从起点到阶段的最小成本；表示从起点到阶段的最小成本；表示从阶段-1到阶段的成本；
24、s17、仿真验证：利用仿真软件对飞行路径进行仿真验证，判断飞行路径的有效性。
25、优选的，步骤s2具体包括以下步骤：
26、s21、初始任务分配：基于无人机本体的当前位置、能量状态和任务优先级，预定义的任务池或中心控制节点获取初始任务；
27、s22、任务交换与再分配：在任务执行过程中，根据无人机本体的工作状态与相邻其他无人机本体交换任务或请求协助，从而实现动态调整任务分配；
28、s23、路径规划：
29、局部路径规划：每架无人机本体根据其当前目标任务和位置，利用导航模块进行实时路径规划，并基于规划结果构建点云模型，识别并标记环境中的障碍物，再通过分布式路径规划算法在考虑障碍物回避的同时搜索最短路径；
30、全局路径协调：通过通信网络实现无人机本体之间的信息交互，共享路径信息，判断是否发生路径冲突，若发生路径冲突，则重新进行路径规划；
31、s24、位置调整：
32、自主位置修正：利用导航模块修正每架无人机本体的飞行姿态和路径，使得每架无人机本体均位于预设的飞行路径上；
33、群体位置调整：当检测到无人机集群中的某架无人机本体位置偏差、调整飞行位置或者发生故障时，通过通信网络通知其他无人机本体，进行整体位置调整，为每架无人机本体生成新的飞行路径，在此过程中，利用导航模块无人机本体实时监控调整过程，并通过通信网络反馈当前状态。
34、优选的，步骤s23具体包括以下步骤：
35、s231、图像采集和预处理：采集火星表面图像，并对图像进行图像校正和图像增强；
36、s232、图像识别：
37、s2321、提取特征点：提取图像中固定的点作为关键点，并为每个关键点生成特征描述符，用于描述关键点的局部特征向量；
38、s2322、图像匹配：将当前图像的特征描述符与数据库中的已知特征描述符进行匹配，获取匹配点；
39、s233、位姿估计：从匹配点中剔除错误匹配，利用剩余多个匹配点计算无人机本体相对于已知地标的位置信息，利用惯性传感器或者星光传感器估计无人机本体的相对位姿；
40、s234、融合：在日间通过融合算法，将视觉导航结果与惯性导航单元采集的无人机姿态数据融合，获得实时路径规划；
41、在夜间或者光照度低于设定值时，利用星光导航单元进行导航捕捉火星夜空中的恒星图像，使用星图匹配算法计算无人机本体的姿态数据，并使用融合算法，结合无人机本体的姿态数据和视觉导航结果，获得实时路径规划；
42、s235、利用星光导航单元确定的位姿数据更新惯性导航单元采集的位姿数据。
43、优选的，在步骤s2321中，利用sift、surf、orb算法提取关键点，且特征描述符为sift描述符、surf描述符或者brief描述符；
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【技术保护点】
1.一种基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤S23具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：在步骤S2321中，利用SIFT、SURF、ORB算法提取关键点，且特征描述符为SIFT描述符、SURF描述符或者BRIEF描述符；
6.根据权利要求5所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：在步骤S4中，无人机本体进入休眠模式，地震仪开始采集地震波数据并实时传输至地面控制终端，地面控制终端
8.根据权利要求7所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤S5具体包括以下步骤：
9.如上述权利要求1-8任一项所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法的系统，其特征在于：包括布置于地球表面的接收站、布置于火星表面的地面控制终端、由多个无人机本体组成的无人机集群，每架无人机本体的底端均搭载有地震仪，地震仪和无人机本体均依次经数据采集模块、地面控制终端和轨道卫星与接收站相通讯；
10.如上述权利要求9所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法的系统，其特征在于：无人机集群内部通过MANET相互通讯，且无人机集群采用分布式计算架构，用于多个无人机本体之间的信息交互；
...【技术特征摘要】
1.一种基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤s2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤s23具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：在步骤s2321中，利用sift、surf、orb算法提取关键点，且特征描述符为sift描述符、surf描述符或者brief描述符；
6.根据权利要求5所述的基于无人机布设、回收地震仪的火星地震勘探方法，其特征在于：步骤s3具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于无人机布设、回收地震仪的火...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱荣毅，柴炜亮，潘兴东，王一博，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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