[发明专利]基于优化制导参数的小行星着陆制导方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种小行星精确软着陆制导方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

随着深空探测任务的不断开展，小天体的探测已成为重要的研究领域。目前，小天体的探测方式主要有飞越、绕飞、着陆、采样返回。由于小天体附近动力学环境复杂、先验信息有限等问题的存在，小天体的着陆探测成为最具挑战性的探测活动之一。为了着陆后的采样返回、实地探测等任务的顺利进行，要求探测器准确地着陆到选定的着陆点。因此，具有精度高、自主性强等性能的着陆制导算法是小天体着陆段探测技术的重要研究方向。

现有已发展的多种小行星着陆制导方法中，经典的方法为多项式制导算法，该算法过程简单、计算量小，并且可以得到任意时刻的加速度。除此之外，还有基于最优控制理论的能量最优着陆制导法，其考虑了着陆过程中的燃料约束。近年来，有学者提出了一种受生物运动启发的小行星着陆制导方法。该方法基于Tau理论，即探测器在当前位置按照当前速度保持不变到达着陆点需要的时间τ。由于探测器的位置和速度都是时变量，因此该时间τ也是一个随时间变化的量。研究表明，τ对时间的导数为一个常数。将以上理论与小行星着陆任务要求结合，即可得该方法的着陆制导律。

在先技术[1](参见Rene V.,Angel F.,Louis E.,A Bio-inspired Method toAchieve a Soft Landing on an Asteroid[C],AIAA SPACE and Astronautics Forumand Exposition,AIAA 2018-5365，2018.)，基于Tau理论提出了一种小行星表面软着陆制导方法，得到了探测器在着陆点坐标系下三个方向即纵向、横向、和高度方向上位置关于时间的函数，通过积分得到各方向速度和加速度关于时间的表达式。该算法的优点在于其过程简单，计算量小并且可以得到任意时刻的加速度。在积分得到的位置、速度、加速度关于时间的表达式中涉及到一个参数k，其为Tau理论中τ对时间的导数。在位置、速度、加速度随时间变化的过程中，k为常数。不同的初始位置和速度需选取不同的k值使探测器达到着陆末端状态要求。文中给出了k的取值范围，却没有给出不同初始状态时参数k的具体选取方法。

在先技术[2](参见Lee D.N.,Guiding Movement by Coupling Tau[J],Ecological Psychology,1998,10(3-4):221-250.)，基于耦合Tau理论，改进了该着陆制导算法。该算法考虑了探测器在着陆点坐标系三个方向上运动的耦合性，通过引入运动耦合系数，将纵向和横向的运动与高度方向的运动耦合，从而得到这两个方向上探测器的运动方程。该方法更符合探测器的实际运动情况，但是由于引入了新的参数，使得该方法的运动表达式更加复杂，也增加了制导律的复杂性。

发明内容

针对现有基于Tau理论的小行星着陆制导方法中探测器运动方程的参数k未给出具体确定方法的问题，本发明公开的基于优化制导参数的小行星着陆制导方法要解决的技术问题是：给出一种不同初始状态下制导参数的优化选取公式，基于所述制导参数优化选取公式进行着陆制导，提高小行星着陆制导的效率。本发明具有简单可行、效率高的优点。

本发明是通过下述技术方案实现的。