[发明专利]一种行星着陆障碍规避的安全区膨胀制导方法

说明书

本发明公开的一种行星着陆障碍规避的安全区膨胀制导方法，属于深空探测领域。本发明首先定义着陆点固联坐标系和误差椭球主轴坐标系；在着陆点固联坐标系下建立着陆动力学方程；根据探测器位置误差nσ椭球确定椭球膨胀安全区，计算探测器相对障碍的安全距离指标值；基于探测器状态和探测器相对障碍的安全距离指标值构建李雅普诺夫函数，利用李雅普诺夫稳定性原理设计障碍规避制导律，利用加速度指令a控制探测器着陆轨迹，降低行星表面多扰动、不确知环境对探测器障碍规避制导的影响，对行星表面障碍进行有效规避，实现自主安全精确着陆。本发明求取的控制加速度指令为解析形式，不含积分等复杂运算，满足在线反馈控制实时性要求，有利于工程应用。

技术领域

本发明涉及一种行星着陆障碍规避制导方法，尤其涉及一种行星着陆障碍规避的安全区膨胀制导方法，属于深空探测领域。

背景技术

行星着陆障碍规避问题是行星着陆探测的重要问题，关系行星着陆探测任务的成败和探测器的安全。由于在轨测绘的精度和敏感器作用距离有限，行星表面存在的陨石坑、岩石、斜坡、山丘等难以在绕飞阶段进行完全且精确的测绘，需要在着陆过程中对这些威胁着陆安全的障碍进行实时检测与规避。为获取更多科学回报，未来的行星着陆任务将寻求在更具科学价值的复杂地形区域着陆，因此探测器须具备在线障碍检测与规避能力，以保障探测器安全，实现自主安全着陆。

在先技术[1](参见Lopez,Ismael,McInnes,Colin R.Autonomous rendezvoususing artificial potential function guidance[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,1995,18(2):237-241.)，针对自主交会对接问题，提出了一种人工势函数制导控制方法，在实现自主交会的同时，能够对多处障碍进行规避。在先技术[2](参见Zhu SY,Cui P Y,Hu H J,Hazard detection and avoidance for planetary landing basedon Lyapunov control method[C].Intelligent Control and Automation.Beijing:[s.n.],2012)，采用势函数制导方法研究了小天体着陆障碍规避问题，根据探测器当前的势能与障碍地形对探测器的威胁选取人工势场函数，并通过李雅普诺夫稳定性原理推导制导律，因而能够保证探测器到达目标着陆点的同时对着陆过程中的障碍进行规避。

行星着陆动力学环境干扰多，非线性和不确定性强，给探测器着陆及障碍规避制导与控制带来很大挑战。当探测器状态存在较大不确定性时，以上在先技术代表的传统方法可能无法有效评估障碍相对探测器实际状态的威胁程度，从而导致障碍规避失败。

发明内容

本发明公开的一种行星着陆障碍规避的安全区膨胀制导方法，要解决的技术问题是降低行星着陆多扰动、不确知环境对探测器障碍规避制导的影响，对行星表面障碍进行有效规避，实现自主安全精确着陆。

本发明的目的是通过以下方法实现的。

本发明公开的一种行星着陆障碍规避的安全区膨胀制导方法，首先定义着陆点固联坐标系和误差椭球主轴坐标系。在着陆点固联坐标系下建立着陆动力学方程。根据探测器位置误差nσ椭球确定探测器的椭球膨胀安全区，进而计算探测器相对障碍的安全距离指标值。基于探测器状态和探测器相对障碍的安全距离指标值构建李雅普诺夫函数，利用李雅普诺夫稳定性原理设计障碍规避制导律，利用加速度指令a控制探测器着陆轨迹，降低行星表面多扰动、不确知环境对探测器障碍规避制导的影响，对行星表面障碍进行有效规避，实现自主安全精确着陆。

本发明公开的一种行星着陆障碍规避的安全区膨胀制导方法，包括如下步骤：

步骤一、定义着陆点固联坐标系和误差椭球主轴坐标系。