Konzept und Simulation für die autonome Navigation von planetaren Rovern

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein grundlegendes Verfahren zur autonomen Navigation von planetaren Rovern entwickelt. Dazu konnte der Ansatz der Sensor-based Random Tree (SRT) Exploration adaptiert und für die Anwendung in dreidimensionalen Umgebungen erweitert werden. In einer ersten Umsetzung, basierend auf einer simulierten Planetenoberfläche, wurde die Funktion und Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens demonstriert. Das Konzept für eine Explorationsstrategie wurde aus den Zielen einer Beispielmission abgeleitet. Für die beschriebene ExoPlanet-Mission ist vorgesehen, mehrere Mikro-Rover in einer ausgewählten Marsregion zu landen, die daraufhin autonom das Zielgebiet in Vorbereitung auf eine Geologiemission flächendeckend kartieren und klassifizieren. Zur Verifikation des Navigationsverfahrens und zur Diskussion hinsichtlich der Erfüllbarkeit des Missionskonzepts und der sich daraus ergebenden Anforderungen wurde zudem eine Software für die Modellierung planetarer Landschaften entwickelt. Mit dem Ziel, Sensordaten für die Explorationsrover zu generieren, wurden bei der Geländesimulation verschiedene Parameter berücksichtigt. Der unterschiedliche Geländeanstieg ergab sich direkt aus den verwendeten Höhenprofilen der Mars Reconnaissance Orbiter Mission. Darüber hinaus wurden weitere Navigationskriterien, wie Bodenbeschaffenheit und Unebenheiten sowie Hindernisse modelliert. Mit der Durchführung einer Closed-Loop-Simulation konnte als Ergebnis dieser Arbeit das entwickelte Gesamtkonzept für die autonome Navigation evaluiert werden. Dazu wurde ein einzelner Explorationsrover betrachtet sowie eine Flotte aus mehreren Rovern. In der Diskussion der Resultate wurden abschließend auch Möglichkeiten zur Verbesserung und Erweiterung des Verfahrens aufgezeigt.