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原文传递基于优化制导参数的小行星着陆制导方法

专利名称：	基于优化制导参数的小行星着陆制导方法
摘要：	本发明公开的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法如下：建立着陆点坐标系下探测器的动力学方程；将探测器的运动在着陆点坐标系的三个方向上进行分析，得到各方向上探测器的位置、速度、加速度与时间的关系式；基于探测器运动关系式，建立制导参数与初始状态的函数关系式，采用参数估计的方法求出函数关系式中系数m、a、b的值，此函数关系式即为制导参数的优化选取公式；将三个方向上制导参数的优化选取公式分别代入探测器各方向上位置、速度、加速度与时间的关系式，结合动力学方程，得三个方向上基于优化制导参数的小行星着陆制导律；通过所述制导律进行小行星软着陆制导，提高小行星着陆制导效率。
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：	朱圣英;赵春城;崔平远;徐瑞;梁子璇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910882457.2
公开号：	CN110466805A
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.基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：建立着陆点坐标系下探测器的动力学方程，并将所述动力学方程投影到着陆点三维坐标系下，得到着陆点三维坐标系下的动力学方程；步骤二：将探测器的运动在着陆点坐标系的三个方向上进行分析，得到纵向、横向和高度方向上探测器的位置、速度、加速度与时间的关系式；步骤三：基于步骤二得到的高度方向上探测器的位置、速度、加速度与时间的关系式，建立高度方向上制导参数k与初始位置、初始速度的函数关系式，此函数关系式即为制导参数k的优化选取公式；对所述函数关系式采用参数估计的方法求出系数m、a、b的值；同理，得另外两个方向上制导参数的优化选取公式；步骤四：将三个方向的制导参数优化选取公式分别代入探测器各方向上位置、速度、加速度与时间的关系式，结合动力学方程，得三个方向上基于优化制导参数的小行星着陆制导律；步骤五：通过步骤四得到的三个方向上基于优化制导参数的小行星着陆制导律，进行小行星软着陆制导，由于通过步骤二、三、四给出的不同初始状态下三个方向上制导参数的优化选取方法，进而提高小行星着陆制导效率。 2.如权利要求1所述的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，其特征在于：步骤一实现方法为，建立着陆点坐标系下探测器的动力学方程为：其中：r为是探测器相对于着陆点的位置矢量；aF为控制加速度；g为目标天体的引力加速度；δ为扰动加速度；ω为着陆点坐标系相对于小行星中心惯性坐标系的旋转角速度矢量，ω为定值且方向与着陆点坐标系Z轴重合；将探测器的动力学方程投影到着陆点三维坐标系下得：。 3.如权利要求2所述的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，其特征在于：步骤二实现方法为，将探测器的运动在着陆点三维坐标系的三个方向上进行分析；所述三个方向包括纵向、横向、和高度方向；在高度方向上，由基于Tau理论的着陆制导方法得到着陆过程中探测器位置、速度、加速度与时间满足的表达式：其中：z0为探测器在着陆点坐标系下高度方向的初始位置；为探测器在着陆点坐标系下高度方向的初始速度；k为高度方向上的制导参数；同理得横向方向上探测器位置、速度、加速度与时间的关系式：其中：x0为探测器在着陆点坐标系下横向方向的初始位置；为此探测器在着陆点坐标系下横向方向的初始速度；kx为横向方向上的制导参数；同理得纵向方向上探测器位置、速度、加速度与时间的关系式：其中：y0为探测器在着陆点坐标系下纵向方向的初始位置；为此探测器在着陆点坐标系下纵向方向的初始速度；ky为纵向方向上的制导参数。 4.如权利要求3所述的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，其特征在于：步骤三实现方法为，在高度方向上，由关系式(3)、(4)、(5)得，对于不同的初始状态，为了使探测器达到着陆任务的末端状态要求，在预定时间内到达着陆点即末端位置为零，且到达着陆点速度为零即末端速度为零，需要选取合适的参数k；所述初始状态包括初始位置z0、初始速度给定多组不同的初始状态，由以上关系式(3)、(4)、(5)得到满足着陆任务要求的多个对应k值；通过分析知，参数k的选取与着陆过程时间tn、初始位置z0、初始速度有关；着陆过程的时间tn为定值，即要求探测器在限定的时间tn内完成着陆过程；建立参数k与初始位置z0、初始速度函数关系如式(12)所示，式(12)即为高度方向上制导参数k的优化选取公式，通过公式(12)得到高度方向上不同初始状态下满足着陆任务要求的k值；其中：m、a、b为此函数的三个系数，k为因变量，z0和为自变量；对于不同的初始状态，通过运动与时间的关系式得到满足着陆末端状态要求的对应k值，即得到多组数组使用此数据对公式(12)采用参数估计的方法求出系数m、a、b的值；同理，得横向上的参数kx的优化选取公式为：同理，得纵向上的参数ky的优化选取公式为：其中：系数m、a、b的值与高度方向的值相同。 5.如权利要求4所述的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，其特征在于：采用基于最小二乘法的数据拟合方法，得到系数m、a、b的值。 6.如权利要求5所述的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法，其特征在于：步骤四实现方法为，将式(12)代入探测器高度方向上加速度与时间的关系式(5)，结合动力学方程(2)，得高度方向上基于优化制导参数的小行星着陆制导律：其中同理，将式(13)代入探测器横向方向上位置、加速度与时间的关系式(6)(8)，将式(14)代入探测器纵向上速度与时间的关系式(10)，结合动力学方程(2)，得横向方向上基于优化制导参数的小行星着陆制导律：其中同理，将式(14)代入探测器纵向方向上位置、加速度与时间的关系式(9)(11)，将(13)代入探测器横向上速度与时间的关系式(7)，结合动力学方程(2)，得纵向方向上基于优化制导参数的小行星着陆制导律：其中。
所属类别：	发明专利