Performance Analysis of Lidar-based Lunar Landing Point Designation and its Verification Using Quadrotor

Abstract

달착륙선의 라이다 기반 위험회피 착륙시스템은 기본적으로 착륙지형 파라미터인 경사와 험준도로 위험도를 계산하고 위험도가 최소값을 갖는 점을 안전한 착륙 지점으로 선정한다. 이때, 경사와 험준도만을 고려할 경우 라이다 측정오차에 의해 착륙지가 위험요소 근처로 선정될 수 있으며 이는 착륙선에 위협적이다. 이러한 문제를 해결하고 최대한 안전한 착륙지점을 선정하기 위하여 위험상대거리 기반의 위험도를 기존의 지형파리미터 기반의 위험도와 함께 고려하여야 한다. 이 때 위험상대거리 기반 위험도와 지형 특성간의 관계가 위험회피 착륙기법 성능에 미치는 영향에 대한 면밀한 분석이 필요하다. 논문에서는 경사와 험준도 각각에 대한 위험상대거리 기반 위험도가 지형 특성에 따라 착륙지 선정결과에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 시뮬레이션과 삼차원 뎁스 카메라를 장착한 쿼드로터 기반 실험을 통해 두 가지 위험상대거리를 동시에 고려하였을 때 가장 좋은 위험회피 착륙 성능을 나타냄을 확인하였다.

A Lidar-based safe landing technique fundamentally estimates the slope and roughness of lunar terrain using three-dimensional range measurement, and designates the landing target that terrain parameters have the minimum value. In the case of hazard cost calculation only with the parameters, however, the selected target can be located near hazards on the surface such as craters, rocks and slants which are able to damage lunar lander. Therefore, relative distance to hazard should also be considered simultaneously in order to choose the landing point which is not only gentle but also as far from hazard as possible. In this case, the effect of terrain condition on the safe landing performance should be closely analyzed since it is influenced by the level of the terrain parameters. In this thesis, the relation between terrain condition and the performance of landing site designation with the relative distance to hazard was analyzed, and it was confirmed that the best landing target can be selected by the weighted sum of the parameters and relative distance to hazard reflecting the terrain characteristics of landing area through simulations and experiments with a quadrotor with TOF camera.