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原文传递基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法

专利名称：	基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法
摘要：	本发明公开的基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，属于深空探测技术领域。本发明针对大质量撞击器高速撞击末制导精度低的问题，将末制导过程设计为若干次预测‑校正形式的轨道修正机动。实现方法为：星载计算机根据导航测量结果，每隔一段固定时间对当前时刻的速度增量进行一次粗预测，确定预测增量在速度增量走廊中所处的位置；根据粗预测结果自适应确定轨道机动开机时刻与开机次数；对当前时刻的速度增量进行精预测，并实施轨道机动，循环判断直至完成撞击，实现基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导。本发明具有如下优点：(1)撞击精度高；(2)撞击精度对系统噪声的敏感度低；(3)对不同条件下的高速撞击任务具有普适性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	崔平远;赵冬越;梁子璇;朱圣英;徐瑞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910689459.X
公开号：	CN110329547A
代理机构：	北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	邬晓楠
分类号：	B64G1/24(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、星载计算机根据导航测量结果，每隔一段固定时间对当前时刻的速度增量进行一次粗预测；步骤二、确定预测增量在速度增量走廊中所处的位置；将当前速度增量走廊中极限速度增量和警戒速度增量与步骤一中实时预测的速度增量对比，通过对比确定预测增量在速度增量走廊中所处的位置；步骤三、对当前时刻的速度增量进行精预测，并实施轨道机动；当粗预测速度增量超过警戒速度增量，但小于极限速度增量时，代表当前状态需要实施轨道修正机动，且该机动在撞击发生前完成；此时再进行一次精预测，得到精确速度增量后开机实施修正；步骤四、对当前时刻的速度增量进行精预测，并实施轨道机动，直到撞击发生；当粗预测速度增量超过极限速度增量时，代表当前状态需要实施轨道修正机动，且该机动不能在撞击发生前完成；此时再进行一次精预测，得到精确速度增量后开机实施修正；此过程与步骤三完全一致，唯一区别在于该次机动将一直持续到完成撞击为止，实现基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导。 2.如权利要求1所述的基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，其特征在于：步骤一实现方法为，根据探测器自主光学导航系统测量的当前探测器所处位置与速度信息，通过动力学方程递推，得到当前状态下无控飞行至撞击平面时的撞击偏差，根据末端撞击偏差计算当前轨道修正所需的速度增量。 3.如权利要求2所述的基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，其特征在于：步骤一的具体实现方法为，在目标小天体B平面坐标系中，按如下公式建立动力学方程：其中r为撞击器位置，m为撞击器质量，μ为主天体引力系数，si为次要天体位置，μi为次要天体引力系数；P为太阳光压各项系数的乘积，A为撞击器受垂直光照的有效面积，ssun为太阳位置，该项也包含在si中；F为控制力，n为未建模扰动力；定义撞击器状态矢量为X＝[rS,rT,rR,vS,vT,vR]T，分别为撞击器在B平面内三轴的位置和速度；因此将式(1)的动力学方程写为如下形式：记撞击器的真实状态为Xn，修正后状态为Xc，初始时刻分别记为Xn0和Xc0，在Xn处对式(2)进行Taylor展开并保留一次项：由于令ΔX＝Xc-Xn，初始时刻记ΔX0＝Xc0-Xn0作为修正后轨迹和当前轨迹的状态差值，则有将上式递推至终端时刻有ΔXf＝ΦΔX0，其Φ(0)＝I6×6，因此有 Δrf＝Φ(1:3,1:3)Δr0+Φ(1:3,4:6)Δv0 (5) 其中Δr为撞击器位置偏差，Δv为速度偏差，若令Δrf为预测撞击点与期望撞击点的偏差，则Δv0就是当前应通过脉冲机动修正的速度偏差；由于位置量的连续性，Δr0＝0，因此速度增量写为： Δv0＝Φ(1:3,4:6)-1Δrf (6) 由于速度修正机动会造成初始状态的改变，因此应对机动后的状态再次进行上述递推计算，重复迭代直到预测撞击精度满足要求，即完成对当前时刻的速度增量Δv0的一次粗预测。 4.如权利要求3所述的基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，设B平面坐标系中撞击器当前位置与速度的S轴分量为rS和vS，由于修正机动对S轴方向速度影响很小，因此近似估计撞击前的剩余飞行时间： tgo＝\|rS\|/\|vS\| (7) 在推力始终保持最大值的情况下，剩余时间内轨控发动机能提供的极限速度增量为： Δvmax＝tgo·\|F\|/m (8) 定义实时预测得到的当前状态下应施加的实际速度增量为Δvreal，要保证撞击器状态处于可控范围内，需使预测速度增量始终小于极限速度增量；因此轨控发动机开机准则定为： Δvreal＞ηΔvmax (9) 如果Δvreal＜ηΔvmax，则回到步骤一；如果ηΔvmax＜Δvreal＜Δvmax，则转至步骤三；如果Δvreal＞Δvmax，则转至步骤四；对比预测速度增量与极限速度增量和警戒速度增量，确定预测增量在速度增量走廊中所处的位置。 5.如权利要求4所述的基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，其特征在于：步骤三具体实现方法为，速度增量预测原理与步骤一中完全相同，唯一的区别在于动力学递推的步长更小；该区别导致精预测过程耗时比粗预测更长，但与此同时将得到更加精确的速度修正增量值；得到预测增量后，轨道机动持续时间按照下式计算： Δt＝\|Δvreal\|/(\|F\|/m) (10) 推力方向与预测速度增量方向一致；实施轨道机动修正，修正完毕后，回到步骤一重新进行粗预测。
所属类别：	发明专利