[發明專利]小行星著陸末段彈跳移動制導方法

有效

• 申請號: 202110494806.0
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113110557B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 梁子璇;呂暢;崔平遠;朱圣英;徐瑞
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的小行星著陸末段彈跳移動制導方法，針對小行星不確知環境下的彈跳移動問題，從減少彈跳次數與保證彈跳移動精度的需求出發，設計一種小行星著陸末段彈跳移動制導方法。本發明實現方法為：以著陸器碰撞點處姿態角及角速度為控制量，通過每次彈跳進行實時軌跡規劃的方式進行制導；在彈跳軌跡規劃過程中，根據單次彈跳的最大、最小距離確定彈跳次數；在每次彈跳碰撞點處，將著陸器到目標點的移動過程分為接近段和制動段，依次通過反饋校正的方式規劃出彈跳軌跡，使著陸器能移動到目標點附近并消除其水平速度；由軌跡規劃得到本次彈跳中著陸器的控制量，消除上次彈跳中參數擾動的影響，實現彈跳移動軌跡的魯棒制導。該方法考慮減少彈跳次數的需求以及參數擾動對彈跳運動的影響，可實現著陸器到目標點的精確彈跳移動。

技術領域

本發明涉及一種彈跳移動制導方法，特別涉及小行星著陸末段彈跳移動制導方法，屬于深空探測技術領域。

背景技術

小行星探測逐漸成為航天領域的熱點。為了獲得小行星的精確數據和開發利用其資源，需要進行表面著陸探測。在即將接觸小行星表面的著陸末段，著陸器若偏離預定的目標位置，則需在小行星表面移動。在小行星弱引力的物理環境下，通常使用彈跳的移動方式，利用著陸器與表面的接觸力進行彈跳移動。在著陸末段，若能合理的控制著陸器與小行星表面的碰撞角，不但可以消除殘余的速度誤差，還可以減小與目標位置的偏差。然而，彈跳移動軌跡會受到小行星引力場參數和表面參數等影響，軌跡的控制難度大，對制導技術提出了較高要求。

在已有相關研究中，先技術[1](梁子璇,呂暢,崔平遠,等.考慮彈跳的小行星表面定點附著軌跡規劃方法:中國:2020110999949.[P].2020-10-15)使用深度強化學習算法規劃得到著陸器在碰撞時刻的姿態角及角速度，使著陸器移動到目標點，該方法能夠給出一條同時滿足位置和速度約束的彈跳軌跡，但無法實現最小彈跳次數下的移動，且在引力場參數和表面參數不確知情況下的精度無法保證。著陸器與小行星表面的碰撞前需要進行姿態調整，為了減小著陸器姿態機動所需的能耗、延長著陸器使用壽命，需要控制著陸器彈跳次數；為了實現位置和速度約束下的精確彈跳移動，需要考慮小行星表面引力場參數和表面參數的擾動影響，設計一種表面彈跳移動的高精度制導方法。

發明內容

本發明的目的是，針對小行星不確知環境下的彈跳移動問題，從減少彈跳次數與保證彈跳移動精度的需求出發，提供一種小行星著陸末段彈跳移動制導方法；該方法在軌跡規劃過程中考慮單次彈跳距離及彈跳次數，并引入彈跳距離系數調節多次彈跳后的末端位置，通過實時軌跡規劃實現著陸器到目標點的精確彈跳移動。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

小行星著陸末段彈跳移動制導方法，以著陸器碰撞點處姿態角及角速度為控制量，通過每次彈跳進行實時軌跡規劃的方式進行制導；在彈跳軌跡規劃過程中，根據單次彈跳的最大、最小距離確定彈跳次數；在每次彈跳碰撞點處，將著陸器到目標點的移動過程分為接近段和制動段，依次通過反饋校正的方式規劃出彈跳軌跡，使著陸器能移動到目標點附近并消除其水平速度；由軌跡規劃得到本次彈跳中著陸器的控制量，消除上次彈跳中參數擾動的影響，實現著陸器到目標點的精確彈跳移動。

小行星著陸末段彈跳移動制導方法，包括如下步驟：

步驟一、建立著陸器在碰撞點處姿態與下個碰撞點處位置和速度的函數關系，使用彈跳距離系數調整著陸器每次彈跳距離的大小，從而決定整個彈跳過程著陸器的移動距離。根據著陸器每次彈跳移動最大距離，確定著陸器到目標位置所需的彈跳次數。通過定義彈跳距離系數，將多次彈跳的姿態序列規劃問題簡化為單個系數的求解問題。

步驟一的具體實現方法為：

著陸器的動力學方程如下：