【技术实现步骤摘要】
小天体附着的面状探测器耦合约束轨迹规划方法
[0001]本专利技术涉及一种小天体探测器轨迹规划方法，尤其涉及一种小天体附着的面状探测器耦合约束轨迹规划方法，属于深空探测
技术介绍
[0002]小天体附着技术是小天体探测任务的关键技术，是实现小天体表面原位巡视探测等一系列高科学回报任务的基础。然而，由于小天体引力弱而不规则，传统立方体构型的探测器在附着时易出现反弹逃逸、翻滚失控及倾覆损毁等问题，欧空局的“菲莱”着陆器就在附着时发生了反弹而落入阴影区失联。采用面状构型的探测器完成小天体附着任务，有利于增大附着接触面积，降低反弹与倾覆风险，是提高附着成功率的有效途径。由于面状探测器的构型特殊，一方面，其附着平稳性需求与导航观测视场需求对附着过程提出了复杂耦合的约束条件；另一方面，其配置的推力器推力幅值及方向只能在一定范围内调整，控制能力受限，且附着所需轨控推力及姿控力矩均由面状探测器上下表面各推力器合成，附着动力学及约束姿轨耦合。传统的小天体附着制导问题通常将姿态控制作为内回路，附着轨迹规划方法无需考虑探测器姿态自由度，...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.小天体附着的面状探测器耦合约束轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、将面状探测器小天体附着轨迹规划问题建模为姿轨一体优化问题，选取探测器整体位置与姿态为状态量，各推力器推力幅值与方向为控制量，建立面状探测器附着动力学模型，并对附着过程中耦合约束条件进行统一描述，所述耦合约束条件包括探测器姿态约束、敏感器视场角约束以及推力器控制约束；步骤二、针对面状探测器附着过程的平稳性需求，选取燃耗
‑
平稳性指标作为优化目标，在优化目标函数中引入姿态角速度平方积分项，减小探测器附着过程中的姿态机动，结合步骤一确定的附着过程中耦合约束条件，得到面状探测器小天体附着优化问题，通过优化求解器求解所述面状探测器小天体附着优化问题，得到最优附着轨迹及各推力器控制序列；步骤三、针对步骤二中求解器输出的最优附着轨迹与各推力器控制序列间存在匹配误差的问题，设计误差反馈项，对优化求解器输出的控制序列进行修正，实现最优附着轨迹与最优控制序列的精确匹配，使面状探测器按优化目标实现高精度附着。2.如权利要求1所述的小天体附着的面状探测器耦合约束轨迹规划方法，其特征在于：步骤一实现方法为，定义小天体着陆点坐标系o
L
‑
x
L
y
L
z
L
，以小天体表面选定着陆点o
L
为坐标系原点，o
L
z
L
轴指向着陆点处外法线方向，o
L
x
L
轴指向着陆点处表面切线方向，且位于探测器初始位置与着陆点连线所在的纵向平面内，o
L
x
L
轴、o
L
y
L
轴与o
L
z
L
轴构成右手坐标系；附着过程中，面状探测器的运动主要集中在x
L
o
L
z
L
平面内，因此仅考虑该平面内的姿态及轨迹规划；定义探测器状态变量X＝[x,z,v
x
,v
z
,θ
face
,ω
face
,m]
T
，其中，[x,z]
T
为着陆点系下的面状探测器质心位置矢量，[v
x
,v
z
]
T
为探测器质心速度矢量，θ
face
为探测器姿态角，ω
face
为姿态角速度，m为探测器质量；考虑双推力节点的面状探测器，每个节点配置一对推力器，分别提供沿探测器平面正负法向的推力，且推力方向可在一定范围内调整；定义探测器控制变量U＝[u
1up
,u
1down
,u
2up
,u
2down
,θ
1up
,θ
1down
,θ
2up
,θ
2down
]
T
，其中，u
iup/down
为节点i上/下推力器的推力幅值(i＝1,2)，θ
iup/down
为节点i上/下推力方向与探测器节点2到节点1连线的夹角；探测器附着动力学方程为其中，[a
gx
,a
gz
]
T
为探测器所受小天体引力在着陆点系下的分量，[a
ωx
,a
ωz
]
T
为小天体自旋引起的惯性力在着陆点系下的分量，L为探测器两推力节点间的距离，J
b
为探测器转动惯量，I
sp
为推力器比冲，g0为地球表面重力加速度；探测器初末状态约束描述为
其中，t0为初始时刻，t
f
为终端着陆时刻；[x0,z0]
T
为探测器初始位置，m0为探测器初始质量，m
dry
为探测器干重，为保证附着平稳性，初始和终端时刻的面状探测器速度量与姿态量均为零；探测...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁子璇，鲁冰洁，崔平远，朱圣英，徐瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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