[发明专利]不确定环境中的小天体软着陆微分博弈控制方法

说明书

本发明公开的不确定环境中下的小天体软着陆微分博弈控制方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：在目标小天体精确引力场模型未知的条件下，确定不规则弱引力场中的着陆器运动形式，采用状态误差传播方法设计虚拟移动目标着陆点，将不规则引力场对着陆器运动的不确定性影响转化为虚拟移动目标着陆点的随机运动；基于零和随机微分博弈设计着陆器的最优着陆控制策略，并根据所述控制最优着陆控制策略控制着陆器着陆，提高着陆器在小天体表面预定位置的着陆精度。

技术领域

本发明涉及一种着陆控制方法，尤其涉及一种小天体软着陆控制方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

小天体表面精确软着陆是实施小天体表面原位探测、采样返回等任务的必要前提。由于小天体质量小，所形成的微弱引力无法将其凝聚成类球形天体。因此，太阳系中的小天体形状各异，由此导致其周围的引力场分布不规则，难以精确建模。

在引力场环境极其复杂未知且难于精确建模的条件下，实现小天体表面软着陆控制难度极大，且对控制精度要求极高。微弱引力场中，探测器的逃逸速度很小，细微的控制误差可能导致探测器着陆时发生碰撞，进而产生弹跳甚至引发探测器逃逸。

考虑小天体高精度着陆控制需求，有必要在小天体不规则引力场精确模型未知的条件下，通过设计相应的着陆器控制方法，实现着陆器在小天体表面的精确着陆。

发明内容

本发明公开的不确定环境中的小天体软着陆微分博弈控制方法要解决的技术问题是：在目标小天体精确引力场模型未知的条件下，通过状态误差传播方法设计虚拟移动目标着陆点，将不规则引力场对着陆器运动的不确定性影响转化为虚拟移动目标着陆点的随机运动，进而通过零和随机微分博弈方法设计着陆器的最优着陆控制策略，提高着陆器在小天体表面预定位置的着陆精度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的不确定环境中的小天体软着陆微分博弈控制方法，确定不规则弱引力场中的着陆器运动形式，采用状态误差传播方法设计虚拟移动目标着陆点，将不规则引力场对着陆器运动的不确定性影响转化为虚拟移动目标着陆点的随机运动。基于零和随机微分博弈设计着陆器的最优着陆控制策略，并根据所述控制最优着陆控制策略控制着陆器着陆，提高着陆器在小天体表面预定位置的着陆精度。

本发明公开的不确定环境中的小天体软着陆微分博弈控制方法，包括如下步骤：

步骤1、确定不规则弱引力场中的着陆器运动形式。

以为状态变量，探测器在小天体中心固连坐标系下的动力学方程为

其中，ω＝[0,0,ω]^T为行星自转角速度矢量，为当地引力加速度矢量，为探测器推力控制矢量，为推力控制矢量的大小且与控制加速度矢量u满足u＝T/m，I_sp为飞行器推力器比冲，g_E为地球海平面处的重力加速度，a_d为未建模扰动并服从高斯白噪声

其中，Q(t)为谱密度，δ(t-τ)为t＝τ处的狄拉克函数。小天体引力场内球谐函数模型为

其中，GM和r分别为小天体引力常数和名义半径，P_nm为缔合勒让德多项式，C_nm和S_nm为球谐系数,θ、R为探测器所在位置的经度、纬度和半径，满足式所示的关系。

在小天体着陆控制问题中，需要满足如下边界约束