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我国探月二期工程将采用半自主遥操作的方式对月面巡视器进行控制。作为地面遥操作系统中一个重要的组成部分,任务规划系统将生成包含时间、地点、事件等信息的任务指令,为遥操作团队提供决策支持。它是巡视器制导、导航与控制(GNC)系统的前提和基础。 月面巡视器的运行环境具有非结构化和时变性的特点,其任务的执行受到通信条件、光照条件、地形特征以及自身结构和资源的约束。任务规划要考虑这些约束,并解决路径和任务同时规划的问题。本文针对这个问题,从月面环境建模、工作模式规划、任务序列规划以及任务级路径规划等方面,研究了基于时间约束网络的月面巡视器任务规划方法。 首先,分析了巡视器在月面环境中正常工作所受到的复杂任务约束,并通过建立环境模型将约束归结为时间、位置、资源、和机构运动四种约束。月面环境模型包括约束时间线模型和障碍地图模型。在该模型的基础上,提出了分层规划的方法,将任务规划分为位置约束下额任务级路径规划、时间和资源约束下的任务序列规划,以及姿态约束下的工作模式规划三个层面。 然后,研究了工作模式规划问题。该问题主要包括充电构形规划和通信构形规划两部分内容。对于充电构形规划,通过解析太阳帆板的光线入射角确定了巡视器在定向和不定向前提下最优充电时的帆板转角。对于通信构形规划,通过数传天线逆运动学解算和机构干涉检测确定了桅杆的俯仰角和横滚角。 进而,研究了时间和资源约束下的任务序列规划问题。将任务之间的时间约束表示为时间约束网络,将任务表示为年代记,并采用时态规划的方法进行任务序列的规划。该方法能有效处理任务之间的时间约束和资源约束,并生成满足约束的任务序列。 最后,在上述工作的基础上,讨论了基于A*算法的任务级路径规划的方法。该方法能够在处理位置约束的同时,考虑任务序列规划对巡视路径的影响。 仿真实验表明,基于时间约束网络的月面巡视器任务规划方法原理可行,能够同时生成满足通信、光照、地形、自身结构、器载资源约束的行进路径和任务序列。