[发明专利]一种小天体软着陆避障的能量优化方法

说明书

本发明公开的一种小天体软着陆避障的能量优化方法，属于深空探测技术领域。本发明将能量消耗作为优化指标得到确定小天体软着陆能量最优制导律，在能量最优制导律的基础上通过调节时间参数得到避障制导律，根据避障制导律能够保证着陆过程中，探测器与小天体表面不发生碰撞的同时，最大限度地减少避障过程中的能量消耗，从而为小天体软着陆提供更大的能量裕度，保证任务的安全实施。本发明要解决的技术问题为保证着陆器能够有效规避障碍的同时，节省能量消耗，为小天体软着陆保障足够的能量裕度。

技术领域

本发明涉及一种小天体软着陆避障的能量优化方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

未来小天体着陆探测任务期望通过相应的制导技术，使着陆器能够在预定着陆地点实现精确软着陆，即着眼于着陆的精确性与安全性。

对于小天体着陆安全，需要考虑以下两个方面问题：1、在着陆过程中，探测器能够有效规避障碍，不发生碰撞；2、在避障过程中，尽量减少能量消耗，保障足够的能量裕度。

目前所研究的小天体软着陆避障制导，通常采用人工势函数的方法，通过构建标量势函数来描述地形，将着陆过程中的危险区域和着陆区域进行区分，保证探测器在着陆过程的安全并实现在预定着陆点实现精确着陆。但基于势函数的避障制导方法没有充分考虑能量消耗的问题。

为了保障小天体软着陆过程中着陆器的安全，有必要针对小天体软着陆避障制导这一问题，设计一种小天体软着陆避障的能量优化方法，以保证着陆器能够有效规避障碍的同时，减少能量消耗，为小天体软着陆保障足够的能量裕度。

发明内容

本发明公开的一种小天体软着陆避障的能量优化方法要解决的技术问题是，保证着陆器能够有效规避障碍的同时，节省能量消耗，为小天体软着陆保障足够的能量裕度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种小天体软着陆避障的能量优化方法，将能量消耗作为优化指标得到确定小天体软着陆能量最优制导律，在能量最优制导律的基础上通过调节时间参数得到避障制导律，根据避障制导律能够保证着陆过程中，探测器与小天体表面不发生碰撞的同时，最大限度地减少避障过程中的能量消耗，从而为小天体软着陆提供更大的能量裕度，保证任务的安全实施。

本发明公开的一种小天体软着陆避障的能量优化方法，包括如下步骤：

步骤一：确定小天体软着陆能量最优制导律。

在小天体惯性坐标系下，着陆器的动力学模型为

其中，r＝[x,y,z]^T和v＝[v_x,v_y,v_z]^T分别为位置和速度矢量；ω为小天体自转角速度；a＝[T_x,T_y,T_z]^T分别为探测器控制力加速度在惯性系下的三轴分量；分别小天体引力加速度的矢量表达。为表述方便，式(1)简记为

由于着陆器动力学模型式(2)是建立在小天体惯性坐标系下，将初始时刻t₀时，着陆点位置坐标为r_f(t₀)，则在着陆时刻t_f时，着陆点位置坐标为r_f(t_f)为

着陆时要求着陆器相对于小天体的末端速度v(t_f)为零，则末端速度v(t_f)在小天体惯性系下为

v(t_f)＝ω×r_f(t_f) (4)