[发明专利]多约束行星着陆轨迹矢量规划方法

说明书

本发明公开的多约束行星着陆轨迹矢量规划方法，涉及一种行星着陆轨迹规划方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：在给出多约束行星着陆轨迹矢量规划问题的一般形式的基础上，将行星着陆的多约束划分为角度幅值约束、轨迹方向约束和避障距离约束，通过在轨迹规划问题中引入轨迹方向约束，能够有效提高障碍规避能力；为降低轨迹规划问题的解算复杂度，将三类约束形式统一为角度幅值约束，实现多约束行星着陆轨迹矢量规划问题中多约束的形式统一，能够有效提高轨迹优化的解算效率，并保证轨迹规划算法的实时性和收敛性。

技术领域

本发明涉及一种行星着陆轨迹规划方法，尤其涉及多约束行星着陆轨迹矢量规划方法， 属于深空探测技术领域。

背景技术

行星着陆是实现地外天体表面原位探测、采样返回等科学探测任务的技术前提，同时也 是地球返回式飞船、可重复利用火箭等地球返回式飞行器任务的关键技术。在行星着陆规程 中，需考虑地外天体复杂未知地形条件，以及地球全球地理因素(如禁飞区等)。因此，具备 障碍规避能力是设计轨迹规划方法所需考虑的重要方面。

结合工程实际，行星着陆过程中面临着诸如控制幅值约束、敏感器视线约束等多约束的 共同作用。因此，多约束条件下的行星着陆轨迹规划方法是保证着陆飞行安全和着陆任务成 功的重要技术。同时，在行星着陆的避障过程中，避障轨迹的方向性对避障轨迹燃耗、避障 导航系统可见性等避障性能具有重要影响。因此在考虑避障轨迹多约束条件中，应考虑避障 轨迹方向性的约束。

行星着陆轨迹规划问题中的多约束条件，不但建模复杂，而且形式多样，显著提高了轨 迹规划问题的求解难度。因此，有必要在着陆轨迹规划过程中，对多约束条件的形式进行统 一，从而降低轨迹规划问题的解算复杂度，提高算法的实时性和收敛性，以保障行星着陆任 务在复杂形貌环境中的着陆安全。

发明内容

本发明公开的多约束行星着陆轨迹矢量规划方法要解决的技术问题是：在着陆轨迹规划 过程中，对多约束条件的形式进行统一，从而降低轨迹规划问题的解算复杂度，提高着陆轨 迹规划的实时性和收敛性，提高行星着陆任务在复杂形貌环境中的着陆安全性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的多约束行星着陆轨迹矢量规划方法，在给出多约束行星着陆轨迹矢量规划 问题的一般形式的基础上，将行星着陆的多约束划分为角度幅值约束、轨迹方向约束和避障 距离约束，通过在轨迹规划问题中引入轨迹方向约束，能够有效提高障碍规避能力。为降低 轨迹规划问题的解算复杂度，将三类约束形式统一为角度幅值约束，实现多约束行星着陆轨 迹矢量规划问题中多约束的形式统一，能够有效提高轨迹优化的解算效率，并保证轨迹规划 算法的实时性和收敛性。

本发明公开的多约束行星着陆轨迹矢量规划方法，包括如下步骤：

步骤1、确定多约束行星着陆轨迹矢量规划问题一般形式，包含动力学方程、性能指标 及约束条件。

确定行星着陆动力学方程的一般形式如式(1)所示。

其中，分别为飞行器位置和速度矢量，为状态矢量，为控制 矢量，矩阵A、B、Δ分别为状态矩阵、控制矩阵和外界扰动矩阵。

多约束行星着陆轨迹矢量规划问题的性能指标一般形式如式(2)所示。

其中，Φ(x(t_f),t_f)为末端性能指标函数，L(x,u,t)为动态性能指标函数，t为飞行时间，t_f为 末端飞行时刻。

多约束行星着陆轨迹矢量规划问题的约束条件一般形式如式(3)所示。