[发明专利]一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法

说明书

本发明公开一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法如下：利用建立的行星进入段动力学模型和设计的行星进入轨迹优化模型，实现以最大飞行航程为目标的行星进入轨迹优化。通过优化方法对行星进入轨迹进行大量优化仿真，为行星进入最大飞行航程预测模型提供样本数据；设计采用高斯过程回归的行星进入最大飞行航程预测模型，均值函数、核函数以及超参数作为高斯过程的主体参数，被选作优化参数用于描述样本间的相关性，实现基于二维落点走廊的行星进入飞行航程预测。本发明能够避免对复杂动力学模型的迭代积分与逐次寻优计算过程，求解效率显著提升。本发明能够解决行星进入领域相关工程问题。

技术领域

本发明涉及一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

行星着陆探测是未来深空探测技术领域的发展趋势，而大气进入技术是目前行星着陆探测的关键技术也是难点之一。在减速装置启动时，行星进入航天器飞行航程的大小直接影响到航天器能够探索的区域的大小，以及目标着陆点可选择的范围等，从而影响整个行星探测任务的科学价值。因此，如何对行星进入航天器航程范围这一指标进行评估是行星探测任务设计的重要问题。在对行星进入轨迹进行设计时，由于大气进入动力学复杂，同时不同的进入方式以及控制机制，会衍生出多式多样的进入飞行方案，这一过程涉及的轨迹设计规模庞大，加之行星进入过程的严苛约束，这一工作就更为复杂繁琐。目前针对行星进入轨迹设计问题，大量的学者在可变倾侧角设计的基础上对进入轨迹优化问题进行了一系列的研究。然而，目前已有的研究成果或是专注于某些场景下对进入过程复杂的建模，依赖于大量的求解过程。或是对可能的进入参数进行扫描式研究，需要大量的计算时间，轨迹设计效率较低。或是对模型进行大量简化以满足求解效率。很难兼顾分析结果的全面性、最优性以及求解效率。

高斯过程回归(GPR)方法能够利用已知的观测数据对研究问题的输入输出模型进行训练学习，找到模型输入输出间的映射关系，从而在给定新的输入值时，能够迅速的给出相应的输出结果。由于不需要进行大量复杂的函数建模，使得基于GPR思想的预测评估方法计算量大大减小、评估效率极高。在这一思想的启发下，本发明提出了一种采用高斯过程回归方法的基于二维落点走廊的行星进入飞行航程预测方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的求解效率低的问题，本发明公开的一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法要解决的技术问题是：基于二维落点走廊实现对行星进入飞行航程预测，即实现对不同进入场景、不同航天器参数组合下航天器所能达到的最大航程范围进行预测评估，且能够显著提升预测效率。此外，应用本发明的预测结果还能进一步解决下述技术问题：(1)分析不同的进入速度、升阻比、弹道系数以及过程约束对行星进入航天器所能达到的最大航程范围的影响；(2)对行星进入轨迹进行特性分析。通过解决上述技术问题指导行星进入任务设计，解决行星进入领域相关工程问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，利用建立的行星进入段动力学模型和设计的行星进入轨迹优化模型，实现以最大飞行航程为目标的行星进入轨迹优化。通过优化方法对行星进入轨迹进行大量优化仿真，为行星进入最大飞行航程预测模型提供样本数据。设计采用高斯过程回归的行星进入最大飞行航程预测模型，均值函数、核函数以及超参数作为高斯过程的主体参数，被选作优化参数用于描述样本间的相关性，实现基于二维落点走廊的行星进入飞行航程预测。本发明能够避免对复杂动力学模型的迭代积分与逐次寻优计算过程，求解效率显著提升。

本发明公开的一种基于二维落点走廊表征的行星进入飞行航程预测方法，包括如下步骤：

步骤1：建立行星进入段动力学模型。

考虑行星自转，采用如下动力学模型：