【技术实现步骤摘要】
火星进入段抗饱和轨迹优化方法
[0001]本专利技术涉及一种进入轨迹优化方法，尤其涉及一种火星进入段抗饱和轨迹优化方法，属于飞行器制导控制领域。
技术介绍
[0002]火星着陆探测是当今深空探测的重要领域之一。火星着陆过程一般分为大气进入段、降落伞减速段、着陆段。其中，空域跨度大、气动环境恶劣的大气进入段是火星着陆的关键阶段，该阶段需要借助气动力将速度从5000～7000m/s减小到400m/s左右，极具技术挑战。虽然美国和我国已经先后实现了火星表面的成功着陆，但已实施的火星着陆任务中最大载荷不超过900kg。未来的火星返回任务期望着陆载荷达到2吨以上，但受到运载火箭整流罩直径限制，着陆器有效面积不会显著增加，这就意味着着陆器的弹道系数将增大。弹道系数增大后，大气进入段轨迹偏低，气动扰动影响更大，容易造成轨迹跟踪器的控制饱和，最终影响开伞精度。因此，火星进入制导方法设计中，需要解决参数扰动下的轨迹跟踪控制饱和问题。对于载荷质量较小的火星进入任务，一般通过设计轨迹跟踪律来抑制参数扰动的影响。然而，当载荷质量增大后，由于气动控制...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.火星进入段抗饱和轨迹优化方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、根据初始、终端能量设计能量分段点序列，建立分段线性的倾侧角
‑
能量剖面；以该剖面作为控制量的值，对火星进入动力学方程积分得到参考阻力加速度曲线，利用跟踪律对该曲线进行跟踪，得到的倾侧角定义为计算倾侧角；步骤二、针对火星进入段的大气密度、升力系数、阻力系数和着陆器质量的扰动，采用三水平正交表选取扰动组合；根据倾侧角对某一种扰动的偏导数，建立计算倾侧角对扰动组合的敏感性公式，根据敏感性公式得到扰动对于着陆器控制能力的定量影响；步骤三、在给定终端速度的前提下，设计高度航程约束指标；基于着陆器计算倾侧角对典型扰动组合的敏感性公式，设计抗饱和指标；对高度航程约束指标、抗饱和指标两个优化指标进行线性加权，得到提高抗饱和能力的进入轨迹优化综合指标，利用优化方法对上述综合指标进行优化，得到优化后的倾侧角
‑
能量剖面，跟踪该剖面后得到抗饱和进入轨迹，即实现火星进入段抗饱和轨迹优化。2.如权利要求1所述的火星进入段抗饱和轨迹优化方法，其特征在于：步骤一的具体实现方法为，定义能量e如下：其中，μ是火星引力常数，r是火星质心到着陆器质心的距离，v着陆器的飞行速度；定义归一化能量E如下：其中，e0和e
f
分别是根据初始与终端状态确定的能量；给定归一化能量分段点序列，使得0＝E0<E1<E2<
…
<E
n
＝1，n为分段的段数；根据能量分段点序列设计以归一化能量为自变量的分段线性倾侧角剖面σ(E)，对于E
j
＜E≤E
j+1
，相应的倾侧角为：以倾侧角
‑
能量剖面作为控制量的幅值，由倾侧角反转逻辑确定控制量的符号，通过对火星进入段动力模型积分求解得到各时间点的状态，进而通过公式得到对应的参考阻力加速度D
r
，组成参考阻力加速度曲线；其中，ρ为空气密度、S为着陆器表面积、m为着陆器质量，C
D
为阻力系数；对该曲线用如下的跟踪律进行跟踪：其中，D为实际的阻力加速度，无扰动时等于D
r
；σ
c
为用跟踪律计算得到的倾侧角值，定义为计算倾侧角；k
d
、k
p
为增益值；a、b的公式分别如下：
其中，h
s
为大气密度公式中的高度系数，g为火星表面引力加速度，L为升力加速度，γ为弹道倾角，φ为着陆器的纬度，ψ为航向角，ω为火星自转角速度；通过公式的跟踪律确定每一个状态下的计算倾侧角值。3.如权利要求2所述的火星进入段抗饱和轨迹优化方法，其特征在于：步骤二的具体实现方法为，由于着陆器弹道系数提高会引起进入段轨迹偏低，气动扰动变大，使得着陆器控制能力受到影响，所以应考虑将气动参数不确定性对控制能力的影响量化，即建立气动参数扰动和倾侧角的映射关系；气动参数扰动包括大气密度、升力系数、阻力系数和...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁子璇，顾贺娜，崔平远，朱圣英，徐瑞，龙嘉腾，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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