[发明专利]一种基于碰撞概率的行星着陆障碍规避控制方法

摘要

本发明公开的一种基于碰撞概率的行星着陆障碍规避控制方法，涉及一种行星着陆障碍规避控制方法，属于深空探测领域。本发明的实现方法为，建立系统动力学方程；构建李雅普诺夫函数中关于目标点的势场函数，保证探测器趋近于目标着陆点，同时满足目标着陆速度；引入探测器位置的协方差矩阵，计算探测器与各障碍区域的碰撞概率；基于碰撞概率构建李雅普诺夫函数，利用李雅普诺夫稳定性原理求取控制加速度，利用求取的加速度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控制的影响，对行星表面的复杂障碍进行有效规避，实现自主安全精确着陆。本发明还具有鲁棒性好和高实时性的优点。

主权项

1.一种基于碰撞概率的行星着陆障碍规避控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、建立系统动力学方程；在着陆点固联坐标系下建立探测器的动力学方程：其中r＝[x,y,z]T为探测器在着陆点固联坐标系下的位置矢量，v＝[vx,vy,vz]T为探测器的速度矢量，ω为目标天体自转角速度矢量，g＝[gx,gy,gz]T为探测器受到的目标天体引力加速度，a为施加的控制加速度；步骤二、构建步骤四李雅普诺夫函数中关于目标点的势场函数φq，保证探测器趋近于目标着陆点，同时满足目标着陆速度；构建关于目标点的势场函数φqφq＝(x‑xt)TQ(x‑xt)  (2)其中x＝[x,y,z,vx,vy,vz]T为探测器状态变量，xt为目标着陆状态，Q为以qi＞0,i＝1,...,6为对角线的对角矩阵；上式表示的势场，存在唯一的极小值点，为目标着陆状态xt；只要保证探测器状态变量x沿势场降低的方向前进，探测器将趋近于目标着陆点，同时满足目标着陆速度；步骤三、计算探测器与第i个障碍区域的碰撞概率pi；假设探测器的实际位置符合高斯分布，在着陆点固联坐标系下的水平位置名义值即均值为rhr＝[x,y]T，协方差矩阵为C；相比于名义位置，探测器处于障碍区域的概率密度比较均匀，则将障碍区内各点的概率密度近似视为相等；将障碍区内各点的概率密度近似为区域中心处的概率密度，则探测器实际位置处于第i个障碍区域，即与第i个障碍区域的碰撞概率为：其中rci为第i个障碍区域中心的位置，Si为小天体表面第i个障碍区域的面积，k为障碍区的数量；步骤四、构建李雅普诺夫函数；根据步骤二中关于目标点的势场函数和步骤三计算的探测器与第i个障碍区域的碰撞概率pi，构建如下形式的李雅普诺夫函数φ：其中ki＞0为权重系数；步骤五、求取控制加速度a，利用加速度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控制的影响，对行星表面的复杂障碍进行有效规避，实现自主安全精确着陆；令其中Qv为以qi,i＝4,5,6为对角线的对角矩阵，κ为正实数；障碍规避的控制加速度a为：a＝aq+ap  (7)利用加速度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控制的影响，对行星表面的复杂障碍进行有效规避，实现自主安全精确着陆。