[發明專利]探測器火星大氣進入軌跡快速生成方法

有效

• 申請號: 201910836165.5
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110562492B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 趙澤端;周賓;朱峰;張軒;劉延杰;劉超;蘇仲培;周羽豐;汪俊鑫
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

1.探測器火星大氣進入軌跡快速生成方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟1、根據探測器在進入火星大氣過程中的控制能力變化特點，將進入飛行過程做分段處理，具體分為初始進入階段、航程控制段和航向控制段；

步驟2、在火星大氣進入過程中的航程控制段和航向控制段，建立以速度為自變量的探測器無量綱動力學模型；

步驟3、將探測器火星大氣進入軌跡生成原問題建模成優化問題；

步驟4、將步驟3的優化問題轉化成線性規劃問題；

步驟5、在步驟4的基礎上，構造序列線性規劃問題，通過迭代過程求解探測器火星大氣進入軌跡生成原問題；

步驟1包括：根據探測器在進入火星大氣過程中的控制能力變化特點，將進入飛行過程的控制分為初始進入階段、航程控制段和航向控制段三個階段，具體包括如下步驟：

步驟1-1，初始進入階段：在火星大氣進入段初期，為初始進入階段，探測器采用常值控制量進入，所述常值控制量由地面站確定并在進入大氣前發送給探測器，所述火星大氣進入段初期的滿足條件為：D＜0.2g_e，其中D為探測器所受阻力加速度大小，g_e為地表引力加速度；

步驟1-2，航程控制段：當D≥0.2g_e且探測器速度大于1100m/s時，進入航程控制段；

步驟1-3，航向控制段：當探測器的速度小于1100m/s時，進入航向控制段；

步驟2包括如下步驟：

步驟2-1，建立如下火星大氣進入段以速度為自變量的探測器無量綱動力學模型：

其中，r為火星質心到探測器質心的距離，γ為探測器的路徑角，θ為探測器的火星經度，φ為探測器的火星緯度，ψ為探測器的方位角，V為探測器相對于火星表面的速度大小，L為探測器的升力加速度大小，D為探測器所受阻力加速度大小，σ為傾側角；

各變量的無量綱化處理方法為：長度的無量綱單位為火星半徑R₀＝3397200m，速度的無量綱單位為其中代表火星表面引力加速度，μ_M＝4.2828×10¹³m³/s²為火星引力常數，加速度大小的無量綱單位為g₀，各角度的單位均為弧度，無需做進一步處理；

步驟2-2，火星大氣密度ρ采取如下指數密度模型：

其中，密度的無量綱單位為m_scale＝7.84×10¹⁵kg為質量的無量綱單位，ρ₀＝(2.0×10^-4kg·m^-3)/ρ_scale為參考大氣密度，r₀＝(3.4372×10⁶m)/R₀為參考高度，h_s＝(7.5×10³m)/R₀為標高；

步驟2-3，無量綱的阻力和升力加速度計算公式分別如下：

L＝D·(L/D)， (3)

其中，B表示彈道系數，彈道系數的無量綱單位為L/D為升阻比大小；

步驟2-4，用代表航程，代替公式(1)中的經度和緯度來描述探測器水平位置，其中，V₀為探測器初始速度大小，V_f為探測器在開傘點的速度大小；得到如下以速度為自變量的縱向動力學方程：

步驟2-5，將公式(4)簡化寫成如下緊湊形式：

(5)其中，x＝[r γ s]^T為縱向運動狀態，代表狀態x相對于速度的一階導數，為系統矩陣，為控制矩陣，u＝cosσ為控制變量。