[发明专利]一种多约束火星大气进入预测制导方法

说明书

本发明公开的一种多约束火星大气进入预测制导方法，属于深空探测技术领域。本发明通过以火星大气进入过程中的峰值过载作为性能指标，得到使得峰值过载最小的预测制导方法，最大限度地抑制火星大气进入过程中的峰值过载，为探测器在不确定的火星大气中飞行提供过载安全裕度。将所预测的末端航程与目标末端航程的偏差作为开关时机的非线性方程，求解非线性方程得到开关时机，提高末端位置精度。本发明还通过将实际末端位置与期望末端位置的偏差取作性能指标，对偏差性能指标取极小值来确定开关时机，避免求解非线性方程时可能出现的无解的情形，提高预测制导方法的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种多约束火星大气进入预测制导方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

在火星大气进入段预测制导律设计中，需要考虑末端位置精度，开伞条件以及飞行过载等因素。其中，飞行器的过载对于飞行器飞行安全有着重要的影响。

火星大气进入段制导方法可分为两类：标称轨迹法和预测制导法。针对火星大气进入段制导设计过程中的过载抑制问题，两类制导方法采取了不同的制导策略。标称轨迹法在设计标称轨迹时即考虑了飞行器所能承受的峰值过载，因此，在实际飞行中，飞行器跟踪标称轨迹即可满足过载要求；对于预测制导方法则是在飞行过程中，对过载进行预测，当过载超过容许范围时，通过控制倾侧角，对进入轨迹进行调整，从而满足过载需求。

火星大气进入过程中，考虑到进入过程中探测器的安全，有必要在满足末端航程精度的条件下，对大气进入过程中的过载进行充分抑制，进而为飞行器提供充足的安全裕度。

发明内容

本发明公开的一种多约束火星大气进入预测制导方法要解决的技术问题是，实现在保证末端位置精度的同时，能够最大限度地抑制火星大气进入过程中的峰值过载，从而为飞行器提供足够的安全裕度。所述的多约束是指峰值过载约束和末端位置约束。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种多约束火星大气进入预测制导方法，通过以火星大气进入过程中的峰值过载作为性能指标，得到使得峰值过载最小的预测制导方法，实现在火星大气进入段最大限度地抑制火星大气进入过程中的峰值过载，从而为探测器在不确定的火星大气中飞行提供足够的过载安全裕度。并将所预测的末端航程与目标末端航程的偏差作为开关时机的非线性方程，并求解非线性方程得到开关时机，从而提高末端位置精度。

通过将实际末端位置与期望末端位置的偏差取作性能指标，并对偏差性能指标取极小值的方法来确定开关时机，避免在线数值求解非线性方程时可能出现的无解的情形，从而提高火星大气进入预测制导方法的稳定性。

本发明公开的一种多约束火星大气进入预测制导方法，包括如下步骤：

步骤1、确定纵向运动在峰值过载最小条件下的倾侧角剖面形式。

利用探测器动力学模型进行数值积分至满足火星大气进入段末端条件，所述的火星大气进入段末端条件为开伞条件，得到开伞时刻的开伞剩余纵程与目标位置的开伞精度偏差s_f。所述的开伞条件指探测器动压在区间[q_min,q_max]内和探测器马赫数在区间[Ma_min,Ma_max]内。

考虑火星自转影响的探测器对无量纲时间的三自由度无量纲进入动力学模型为