[發(fā)明專利]一種行星著陸障礙規(guī)避的安全區(qū)膨脹制導方法

有效

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• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107621829B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 崔平遠;袁旭;朱圣英;高艾;徐瑞
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京理工正陽知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本發(fā)明公開的一種行星著陸障礙規(guī)避的安全區(qū)膨脹制導方法，屬于深空探測領域。本發(fā)明首先定義著陸點固聯(lián)坐標系和誤差橢球主軸坐標系；在著陸點固聯(lián)坐標系下建立著陸動力學方程；根據(jù)探測器位置誤差nσ橢球確定橢球膨脹安全區(qū)，計算探測器相對障礙的安全距離指標值；基于探測器狀態(tài)和探測器相對障礙的安全距離指標值構建李雅普諾夫函數(shù)，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性原理設計障礙規(guī)避制導律，利用加速度指令a控制探測器著陸軌跡，降低行星表面多擾動、不確知環(huán)境對探測器障礙規(guī)避制導的影響，對行星表面障礙進行有效規(guī)避，實現(xiàn)自主安全精確著陸。本發(fā)明求取的控制加速度指令為解析形式，不含積分等復雜運算，滿足在線反饋控制實時性要求，有利于工程應用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種行星著陸障礙規(guī)避制導方法，尤其涉及一種行星著陸障礙規(guī)避的安全區(qū)膨脹制導方法，屬于深空探測領域。

背景技術

行星著陸障礙規(guī)避問題是行星著陸探測的重要問題，關系行星著陸探測任務的成敗和探測器的安全。由于在軌測繪的精度和敏感器作用距離有限，行星表面存在的隕石坑、巖石、斜坡、山丘等難以在繞飛階段進行完全且精確的測繪，需要在著陸過程中對這些威脅著陸安全的障礙進行實時檢測與規(guī)避。為獲取更多科學回報，未來的行星著陸任務將尋求在更具科學價值的復雜地形區(qū)域著陸，因此探測器須具備在線障礙檢測與規(guī)避能力，以保障探測器安全，實現(xiàn)自主安全著陸。

在先技術[1](參見Lopez,Ismael,McInnes,Colin R.Autonomous rendezvoususing artificial potential function guidance[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,1995,18(2):237-241.)，針對自主交會對接問題，提出了一種人工勢函數(shù)制導控制方法，在實現(xiàn)自主交會的同時，能夠對多處障礙進行規(guī)避。在先技術[2](參見Zhu SY,Cui P Y,Hu H J,Hazard detection and avoidance for planetary landing basedon Lyapunov control method[C].Intelligent Control and Automation.Beijing:[s.n.],2012)，采用勢函數(shù)制導方法研究了小天體著陸障礙規(guī)避問題，根據(jù)探測器當前的勢能與障礙地形對探測器的威脅選取人工勢場函數(shù)，并通過李雅普諾夫穩(wěn)定性原理推導制導律，因而能夠保證探測器到達目標著陸點的同時對著陸過程中的障礙進行規(guī)避。

行星著陸動力學環(huán)境干擾多，非線性和不確定性強，給探測器著陸及障礙規(guī)避制導與控制帶來很大挑戰(zhàn)。當探測器狀態(tài)存在較大不確定性時，以上在先技術代表的傳統(tǒng)方法可能無法有效評估障礙相對探測器實際狀態(tài)的威脅程度，從而導致障礙規(guī)避失敗。

發(fā)明內容

本發(fā)明公開的一種行星著陸障礙規(guī)避的安全區(qū)膨脹制導方法，要解決的技術問題是降低行星著陸多擾動、不確知環(huán)境對探測器障礙規(guī)避制導的影響，對行星表面障礙進行有效規(guī)避，實現(xiàn)自主安全精確著陸。

本發(fā)明的目的是通過以下方法實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種行星著陸障礙規(guī)避的安全區(qū)膨脹制導方法，首先定義著陸點固聯(lián)坐標系和誤差橢球主軸坐標系。在著陸點固聯(lián)坐標系下建立著陸動力學方程。根據(jù)探測器位置誤差nσ橢球確定探測器的橢球膨脹安全區(qū)，進而計算探測器相對障礙的安全距離指標值。基于探測器狀態(tài)和探測器相對障礙的安全距離指標值構建李雅普諾夫函數(shù)，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性原理設計障礙規(guī)避制導律，利用加速度指令a控制探測器著陸軌跡，降低行星表面多擾動、不確知環(huán)境對探測器障礙規(guī)避制導的影響，對行星表面障礙進行有效規(guī)避，實現(xiàn)自主安全精確著陸。

本發(fā)明公開的一種行星著陸障礙規(guī)避的安全區(qū)膨脹制導方法，包括如下步驟：

步驟一、定義著陸點固聯(lián)坐標系和誤差橢球主軸坐標系。