[發明專利]探測器目標著陸區域確定及避障制導方法與裝置

有效

• 申請號: 201810168097.5
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108594802B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 黃翔宇;徐超;李茂登;郭敏文;魏春嶺;張曉文;胡錦昌;王曉磊;趙宇
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明提供一種探測器目標著陸區域確定及避障制導方法與裝置，屬于航天器制導、導航與控制技術領域。所述方法包括：當探測器轉入動力下降過程時，獲取天體表面著陸區域圖像，并判斷所述探測器的速度方向與當地垂向方向的夾角是否在預設范圍內；若是，則根據所述探測器的速度方向，將所述著陸區域圖像劃分成兩個子區域，將障礙物少的子區域作為目標著陸區域；若否，則以所述著陸區域圖像的幾何中心為中心，將所述著陸區域圖像劃分成四個子區域，將障礙物少的子區域作為目標著陸區域。本發明既實現了初步避障制導，又避免了背罩等拋棄物在動力下降過程中對探測器的干擾、碰撞等影響，顯著減少了動力減速過程中的推進劑消耗。

技術領域

本發明涉及一種探測器目標著陸區域確定方法、裝置及避障制導方法與裝置，屬于航天器制導、導航與控制技術領域。

背景技術

天體探測器在著陸時，需要規避天體表面障礙物，目前常規避障方法包括：通過探測器上配置的光學相機采集天體表面圖像，根據圖像信息確定天體表面安全著落點，實現對障礙物的避讓，例如，嫦娥系列月球軟著陸動力下降過程采用上述方法進行避障。

隨著航天技術的發展，人類對火星的探索研究需求日益強烈，相比月球環境，火星表面具有大氣層，因而探測器通常采用傘降的方式進行減速，當速度降低到一定程度時，會拋掉傘和背罩，轉入動力下降過程。

現有避障方法無法規避傘和背罩等拋棄物可能對探測器造成的影響。

發明內容

本技術發明的解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種探測器目標著陸區域確定及避障制導方法與裝置，既實現了初步避障制導，又避免了背罩等拋棄物在動力下降過程中對探測器的干擾、碰撞等影響，顯著減少了動力減速過程中的推進劑消耗。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種探測器目標著陸區域確定方法，包括：

當探測器轉入動力下降過程時，獲取天體表面著陸區域圖像，并判斷所述探測器的速度方向與當地垂向方向的夾角是否在預設范圍內；

若是，則根據所述探測器的速度方向，將所述著陸區域圖像劃分成兩個子區域，將障礙物少的子區域作為目標著陸區域；

若否，則以所述著陸區域圖像的幾何中心為中心，將所述著陸區域圖像劃分成四個子區域，將障礙物少的子區域作為目標著陸區域。

一種探測器避障制導方法，包括：

當探測器轉入動力下降過程時，獲取天體表面著陸區域圖像，并判斷所述探測器的速度方向與當地垂向方向的夾角是否在預設范圍內；

若是，則根據所述探測器的速度方向，將所述著陸區域圖像劃分成兩個子區域，將障礙物少的子區域作為目標著陸區域；

若否，則以所述著陸區域圖像的幾何中心為中心，將所述著陸區域圖像劃分成四個子區域，將障礙物少的子區域作為目標著陸區域；

根據預設的偏置角、探測器的初始狀態信息及探測器的目標狀態信息，確定發動機開機時間，所述偏置角為發動機推力與所述探測器的速度反方向之間的夾角；

根據所述目標著陸區域及所述的偏置角，確定發動機常推力方向；

根據所述發動機開機時間及發動機常推力方向，發送發動機常推力開機指令以控制發動機進入常推力工作模式實現避障制導。

在一可選實施例中，所述發送發動機常推力開機指令以控制發動機進入常推力工作模式實現避障制導之后，還包括：

獲取所述目標著陸區域的圖像，并根據所述目標著陸區域的圖像確定當前安全著陸點位置；

根據所述當前安全著陸點位置、探測器的初始狀態信息及探測器的目標狀態信息，確定發動機變推力大小和方向，以使所述發動機進入變推力工作模式實現變推力制導。