[發明專利]一種行星精確著陸抗擾制導方法

有效

• 申請號: 201710544571.5
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107202584B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 崔平遠;葛丹桐;劉陽;高艾;于正湜
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/20
• 代理公司: 11639 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 唐華

本發明公開的一種行星精確著陸抗擾制導方法，涉及一種行星精確著陸制導方法，屬于深空探測技術領域。通過在行星下降過程中引入能夠直接處理非線性及非凸約束的非線性模型預測控制方法，僅在有限維的滾動時域上計算行星精確著陸軌跡優化問題，降低計算量與求解難度，實現行星精確著陸制導律和最優軌跡的在線生成；同時，考慮下降過程中的外界擾動，采用擴張狀態觀測器對外界擾動進行實時估計并修正控制量，實現擾動補償與抑制，提高著陸任務的安全性。本發明具有如下兩個優點：(1)能夠降低行星精確著陸軌跡優化問題的計算量與求解難度，實現最優軌跡的在線生成；(2)降低外界擾動對系統的影響，提高著陸任務的安全性。

技術領域

本發明涉及一種行星精確著陸制導方法，尤其涉及一種行星精確著陸抗擾制導方法，屬于深空探測技術領域。

背景技術

為了在行星探測任務中獲取更高的科學回報，未來深空任務要求探測器抵達比以往更為復雜的地形表面，這對著陸精度提出了很高的要求。然而，在下降過程中存在的環境擾動等不確定因素可能導致探測器偏離標稱軌跡，產生不可預測的嚴重后果，從而危及到整個著陸任務的安全性。為了消除這些不利因素的影響，需要在任務設計過程中將外界擾動納入考慮，在線生成相應制導指令引導探測器在不違背工程約束的前提下著陸在指定的安全著陸點。目前，受制于星載計算機的計算和存儲能力，能夠在線進行實時計算的軌跡優化算法十分有限，對約束形式要求也十分嚴格，導致在線生成的軌跡難以保證最優性，且在外界環境變化時，系統無法及時做出調整，影響正常下降過程。為了滿足實時軌跡生成及抗擾需求，需要設計一種考慮外界擾動的在線制導方法，在行星著陸過程中隨時估計作用于系統的外界擾動并在輸出控制量中對干擾做出補償，從而保證探測器安全精確的著陸在預定著陸點，提高任務的成功率。

發明內容

本發明目的為提供一種行星精確著陸抗擾制導方法，具有如下兩個優點：(1)能夠降低行星精確著陸軌跡優化問題的計算量與求解難度，實現最優軌跡的在線生成；(2)考慮下降過程中的外界擾動，采用擴張狀態觀測器對擾動進行實時估計并修正控制量，降低外界擾動對系統的影響，提高著陸任務的安全性。

所述的外界擾動為控制指令外作用于開環系統的所有有界擾動，例如環境變化、天體攝動等未知擾動。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種行星精確著陸抗擾制導方法，通過在行星下降過程中引入能夠直接處理非線性及非凸約束的非線性模型預測控制方法，僅在有限維的滾動時域上計算行星精確著陸軌跡優化問題，降低計算量與求解難度，實現行星精確著陸制導律和最優軌跡的在線生成；同時，考慮下降過程中的外界擾動，采用擴張狀態觀測器對外界擾動進行實時估計并修正控制量，實現擾動補償與抑制，提高著陸任務的安全性。

本發明公開的一種行星精確著陸抗擾制導方法，包括如下步驟：

步驟一、在線生成行星精確著陸制導律和最優軌跡。

將行星著陸動力學方程離散成線性控制系統，考慮探測器在著陸過程中受到的工程約束，并將燃耗與著陸誤差設為優化性能指標，根據非線性模型預測控制方法形成并求解滾動時域上的最優軌跡優化問題，在線生成行星精確著陸制導律和最優軌跡。

步驟一的具體實現方法為：

將行星著陸動力學方程進行離散

其中，r(t)為探測器位置，v(t)為探測器速度，u(t)為控制量，g為行星引力加速度，Δt為時間間隔。令系統狀態x(t)＝[r(t)^T,v(t)^T]^T，離散后的模型轉化為

x(t+1)＝A_dx(t)+B_du(t)+C_dg (2)

其中，