[发明专利]基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种小行星防御末制导方法，尤其涉及一种大质量撞击器高速撞击末制导方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

行星防御技术是深空探测领域的重要研究方向，目前提出的行星防御方案中，动能撞击方案是最直接有效，且最符合航天技术现状的方法。动能撞击方案成功的关键在于提供足够高的撞击动能，使得撞击能够对目标小天体的轨道发生足够显著的改变，以消除其撞击地球的风险。为提高撞击器的撞击动能，需要增加撞击器质量，受限于地面发射运载能力的不足，需要通过航天器捕获其它近地小天体的方式提高撞击器的质量。在现有技术条件下，该方案的实施面临着末制导精度不足的难题，产生这一难题的原因有如下三点：第一，携带小天体的动能撞击器质量过大，负责末制导轨道修正的发动机推力有限，轨道控制耗时长，而高速撞击末段的控制窗口时间较短，轨道控制能力不足。第二，目标小天体体积小，直径不足两百米，末制导稍有偏差便无法成功命中。第三，深空环境复杂，距离遥远，地面测控困难，且星上自主导航存在误差，难以给制导系统提供实时、准确的位置速度信息。综上，小行星导引撞击方案的成功实施需要一种在以上约束条件下仍能保持较高撞击精度的末制导律，以实现准确命中。

发明内容

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要解决的技术问题为：提供小天体高速撞击末制导方法，具有如下三个优点：(1)在撞击器质量较大时，使用正常推力大小的轨控发动机仍能保证很高的撞击精度；(2)撞击精度对导航测量误差和其它系统噪声的敏感度低；(3)自适应调整轨道修正的开机时间和次数，对不同条件下的高速撞击任务具有普适性。

所述的系统噪声包括未建模环境扰动力和发动机推力输出误差。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

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，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。具体实现方法为：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。之后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。

本发明公开的基于速度增量走廊的小天体高速撞击末制导方法，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。

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。

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：