[發(fā)明專利]基于Kriging空間插值的火星大氣進(jìn)入段最優(yōu)制導(dǎo)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811380831.0
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109543284B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔平遠(yuǎn);龍嘉騰;朱圣英;高艾;徐瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的基于Kriging空間插值的火星大氣進(jìn)入段最優(yōu)制導(dǎo)方法，屬于深空探測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的實現(xiàn)方法為：確定縱向運動的動力學(xué)模型和大氣進(jìn)入段開傘條件；基于所述的確定縱向運動的動力學(xué)模型和大氣進(jìn)入段開傘條件，進(jìn)行離線軌跡優(yōu)化，獲得最優(yōu)軌跡和最優(yōu)軌跡對應(yīng)的制導(dǎo)指令；采用Kriging空間插值法，對獲得的最優(yōu)軌跡和最優(yōu)軌跡對應(yīng)的制導(dǎo)指令進(jìn)行在線插值，生成在線制導(dǎo)指令，通過在線制導(dǎo)指令保證末端位置精度的同時，最大限度地提高末端高度，從而為后續(xù)的下降和著陸任務(wù)相關(guān)操作提供更大的時間裕度，保證火星著陸探測任務(wù)的安全實施。本發(fā)明具有在線計算效率高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種最優(yōu)制導(dǎo)方法，尤其涉及一種火星大氣進(jìn)入最優(yōu)制導(dǎo)方法，屬于深空探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在未來火星著陸探測任務(wù)期望通過相應(yīng)的制導(dǎo)技術(shù)，在火星大氣進(jìn)入段實現(xiàn)更高的末端高度。這是由于1)在科學(xué)價值方面：探測器從進(jìn)入大氣到實現(xiàn)著陸的過程中，大氣進(jìn)入段是歷時最久，高度和速度變化最為顯著的一個過程，提高進(jìn)入段末端高度可以顯著提高最終著陸的海拔高度，進(jìn)而實現(xiàn)對火星的遠(yuǎn)古高地等具備高科學(xué)價值的高海拔地區(qū)進(jìn)行著陸探測；2)工程實現(xiàn)方面：實現(xiàn)火星大氣進(jìn)入段開傘高度的提升，可以為后續(xù)的下降和著陸段任務(wù)的執(zhí)行爭取到更為充足的時間裕度，進(jìn)而保證任務(wù)的安全實施。因此，有必要針對未來火星著陸探測任務(wù)的大氣進(jìn)入段，設(shè)計一種末端高度最優(yōu)的在線制導(dǎo)律。

目前所研究的火星大氣進(jìn)入段制導(dǎo)方法主要可分為標(biāo)稱軌跡法和預(yù)測制導(dǎo)法。其中，標(biāo)稱軌跡法針對提高火星大氣進(jìn)入段末端開傘高度這一問題，常見方法是以開傘高度作為性能指標(biāo)，進(jìn)行離線軌跡優(yōu)化，再結(jié)合相應(yīng)的軌跡跟蹤律加以實現(xiàn)。而預(yù)測制導(dǎo)方法通常著眼于末端位置精度，較之于標(biāo)稱軌跡法能夠更有效地應(yīng)對進(jìn)入過程中的各種偏差和擾動，而對如何提升末端高度關(guān)注較少。

為了滿足未來火星探測任務(wù)的需求，有必要針對火星大氣進(jìn)入段末端高度這一問題，設(shè)計一種末端高度最優(yōu)的預(yù)測制導(dǎo)律，以保證末端位置精度的同時，實現(xiàn)末端高度的提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的基于Kriging空間插值的火星大氣進(jìn)入段最優(yōu)制導(dǎo)方法要解決的技術(shù)問題是：在設(shè)計大氣進(jìn)入制導(dǎo)律時，充分考慮火星著陸任務(wù)對提升末端高度的實際需求，在保證末端位置精度的同時，能夠最大限度地提高末端高度，從而為后續(xù)的下降和著陸任務(wù)相關(guān)操作提供更大的時間裕度，保證火星著陸探測任務(wù)的安全實施，且具有在線計算效率高的優(yōu)點。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的基于Kriging空間插值的火星大氣進(jìn)入段最優(yōu)制導(dǎo)方法，確定縱向運動的動力學(xué)模型和大氣進(jìn)入段開傘條件。基于所述的確定縱向運動的動力學(xué)模型和大氣進(jìn)入段開傘條件，進(jìn)行離線軌跡優(yōu)化，獲得最優(yōu)軌跡和最優(yōu)軌跡對應(yīng)的制導(dǎo)指令。采用Kriging空間插值法，對獲得的最優(yōu)軌跡和最優(yōu)軌跡對應(yīng)的制導(dǎo)指令進(jìn)行在線插值，生成在線制導(dǎo)指令，通過在線制導(dǎo)指令保證末端位置精度的同時，最大限度地提高末端高度，從而為后續(xù)的下降和著陸任務(wù)相關(guān)操作提供更大的時間裕度，保證火星著陸探測任務(wù)的安全實施。

本發(fā)明公開的基于Kriging空間插值的火星大氣進(jìn)入段最優(yōu)制導(dǎo)方法，包括如下步驟：

步驟1、確定縱向運動的動力學(xué)模型和大氣進(jìn)入段開傘條件。

利用探測器動力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值積分至滿足火星大氣進(jìn)入段末端條件，所述的火星大氣進(jìn)入段末端條件為開傘條件，得到開傘時刻的開傘剩余縱程與目標(biāo)位置的開傘精度偏差s_f。所述的開傘條件指探測器動壓在區(qū)間[q_min,q_max]內(nèi)和探測器馬赫數(shù)在區(qū)間[Ma_min,Ma_max]內(nèi)。利用探測器動力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值積分至滿足火星大氣進(jìn)入段末端條件具體實現(xiàn)方法為：

考慮火星自轉(zhuǎn)影響的探測器對無量綱時間的三自由度無量綱進(jìn)入動力學(xué)模型為，