[发明专利]一种小天体表面移动探测制导方法

摘要

本发明公开的一种小天体表面移动探测制导方法，属于航天航空领域。本发明实现方法如下：首先基于抛物运动设计初始速度脉冲，使探测器以弹跳的方式向中间路径点或终端目标点移动；然后设计一阶滑模面，实现对探测器目标状态的定义。设计二阶滑模面，实现对一阶滑模面的跟踪，并利用二阶滑模面推导制导加速度的解析表达式；利用得到的制导加速度即实现探测器单次弹跳的精确转移；当着陆点不为终端目标点时，重复上述单次弹跳精确转移，当通过上述多次弹跳精确转移至终端目标点时，即完成探测器在小天体表面精确转移至终端目标点。本发明能够提高小天体表面弹跳移动探测制导方法控制精度，并提高制导方法的鲁棒性。

主权项

1.一种小天体表面移动探测制导方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一、确定初始速度v_i；定义R为起始点指向单次弹跳目标点的矢量，那么R方向的单位矢量为：其中，R表示矢量R的模；定义g为起始点处的引力加速度矢量；在R‑g平面内，令矢量l与R垂直，并指向小天体外侧；g_l和g_R分别为引力加速度矢量g沿l和R方向的分量，给定期望弹跳时间t_f，那么v_i沿l方向的速度分量为：v_i沿R方向的速度分量为：将l方向和R方向的速度合成，得到一次弹跳将探测器从起始点转移到目标点所需要的速度v_i为：其中，表示l方向的单位矢量；步骤二、设计一阶滑模面s₁；在t_i时刻定义一阶滑模面s₁为：s₁＝r‑r_f          (5)其中，r表示探测器当前位置矢量，r_f表示目标位置；对公式(5)求一阶偏导数得到：其中，v表示探测器当前速度矢量，v_f表示终端时刻速度，取为0；步骤三、设计二阶滑模面s₂，并推导制导加速度a_c；定义如下形式的二阶滑模面：对公式(7)求时间偏导数得到：由公式(6)知：其中，表示引力加速度矢量，a_c表示控制加速度矢量，ω＝[0,0,ω]表示小天体自旋角速度矢量，ω表示小天体自旋角速度大小；将公式(9)代入(8)，得到：因此，制导加速度a_c的解析表达式为：其中，Φ＝diag{Φ₁,Φ₂,Φ₃}，其中各元素定义为：其中，表示可调时间参数，表示s₂中各个元素，i＝1,2,3；公式(11)中，s₁定义参见公式(5)，定义参见公式(6)；sgn表示符号判断函数，定义如下：步骤四、利用步骤三中得到的制导加速度a_c实现对探测器到中间路径点的精确转移，即实现探测器单次弹跳的精确转移；步骤五、当步骤四的着陆点不为终端目标点r_t，重复步骤一到步骤四的单次弹跳精确转移，当通过上述多次弹跳精确转移至终端目标点r_t时，即完成探测器在小天体表面精确转移至终端目标点。