无人星球车非几何障碍感知研究进展

张天翼，彭 松，田 鹤

（1. 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094；2. 吉林大学 机械制造及其自动化系，长春 130025）

引 言

星球车是一种适应星表复杂环境、具有移动勘测能力的航天器，通过携带科学仪器在星面移动，对目标科学点展开近距离和接触式考察。在深空探测实践中，星球车巡视探测过程是器地交互、地面持续支持的过程[1]。随着深空探测任务的不断加强，目标星体距地距离增大，时延和通信带宽严重影响遥操作模式的实时性，器地交互频次会影响探测进程，因而提升星球车自主导航性能迫在眉睫。

星球表面沙石遍地，沟壑纵横，属于典型非结构化环境，星球车预先对工作环境仅有粗略了解，若要实现长距离正常行驶并安全到达指定工作点，星球车需完成环境感知、位姿估计、路径规划、运动控制、安全监测等环节[2]。环境感知是车体内部系统与外部环境的纽带，通过星球车搭载的传感单元获取周围探测环境信息，为后续路径规划、运动决策等环节提供基础信息。其中，获取障碍信息是环境感知环节的重要任务，通过检测环境中的危险地貌进行地形评估，从而构建可通过性地图，选取最佳行驶路径。由此可见，有效的障碍识别是星球车安全高效行驶的前提，也是提高星球车自主性能的关键。

星球车面临的环境障碍可分为几何障碍和非几何障碍[3]，几何障碍为完全基于其几何特性而被视为不可穿越的任何对象和地形特征。在近来的巡视任务中，多采用立体视觉三维重建生成巡视区数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），根据DEM中的地形变化，结合灰度、纹理信息完成岩石、凹坑和坡度等障碍识别[4]。……