一种衔接主减速和接近段的预测校正方法技术

一种衔接主减速和接近段的预测校正方法，步骤为：计算主减速段制导参数；基于主减速段制导参数和探测器当前状态进行快速调整段终端预测；基于接近段入口条件修正主减速段制导目标；判断是否满足主减速切换条件，如果满足，则切换到快速调整制导；否则重新计算步骤（1）～（3），直到满足主减速切换条件；利用切换时刻状态确定快速调整段制导参数；根据快速调整段制导参数确定当前制导指令；利用当前状态规划接近段入口制导指令；快速调整段当前制导指令与接近段入口制导指令夹角小于设定值或制导时间完成，切换到接近段制导。本发明专利技术保证了接近段入口对姿态、高度、速度和加速度的需求，满足了探测器从主减速段平缓过渡到接近段的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，主要应用于深空着陆探测器，属于航天器制导、导航与控制
。可应用于月球以及火星、小行星等深空天体探测任务，具有广泛的应用价值和市场前景。
技术介绍
深空天体软着陆动力下降过程一般可分为六个任务段:(1)主减速段:距天体表面高度从约15km到约3km，该段主要任务是软着陆制动，减小探测器的速度至预设值，高度下降至约3km。(2)快速调整段:距天体表面高度从约3km到约2.4km,该段主要任务是快速衔接主减速和接近段。(3)接近段:距天体表面高度从约2.4km到约100m，该段主要任务是粗避障。(4)悬停段:距天体表面高度约100m，该段主要任务是对着陆区域的精障碍检测。保持探测器处于悬停状态，利用三维成像敏感器对着陆区进行观测，选择出安全着陆点。(5)避障段:距天体表面高度从约IOOm到约30m，该段主要任务是精避障和下降。(6)缓速下降段:距天体表面高度从约30m到0m，该段主要任务是保证探测器平稳缓速下降到天体表面。Luna和Surveyor系列月球探测器分别采用了标称轨迹和重力转弯制导；Apollo主减速段和接近段都采用四次多项式制导，通过在地面优化设计参数来满足推力变化过程的衔接，但是对于姿态的衔接是没有考虑；美国的重返月球计划提出，在主减速段采用PEG制导，接近段采用多项式制导，主减速过渡到接近段是通过快速姿态调整实现，没有提出具有衔接功能的自适应修正制导方法。对于动力下降的主减速段末期，探测器姿态仍接近水平，主发动机仍工作在最大推力段，推力加速度也达到最大；而动力下降的接近段要求探测器姿态接近垂直，主发动机工作在低推力水平上，高度、速度和加速度满足一定关系；可见，主减速段末端状态和接近段初始状态很难直接衔接上。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题:克服现有技术的不足，提供，考虑到主减速段末端状态和接近段初始状态衔接的需求，设计了主减速段带有制导目标修正功能的制导律和基于切换状态确定制导参数的自适应制导律，保证了接近段入口对姿态、高度、速度和加速度的需求，满足了探测器从主减速段平缓过渡到接近段的要求。本专利技术技术解决方案:，实现步骤如下:( I)计算主减速段制导参数利用探测器当前状态和主发动机比冲和推力参数，计算主减速段制导参数:剩余主减速时间、参考时间、推力方向变化率和参考速度增量方向；(2)基于主减速段制导参数和探测器当前状态进行快速调整段终端预测利用步骤(1)中计算主减速段制导参数和探测器当前状态，预测主减速终端状态和制导指令；根据接近段入口对姿态和加速度的要求，确定快速调整段终端状态；由此确定快速调整段制导参数，进而利用快速调整段制导参数预测快速调整过程产生的位置和速度变化量，最终预测得到快速调整终端状态，即预测得到接近段入口状态；(3)基于接近段入口条件修正主减速段制导目标利用预测的接近段初始状态与接近段入口目标状态进行比较，得到接近段入口状态的差，所述接近段入口目标状态即接近段入口对高度和速度的要求；再利用状态转移矩阵递推到主减速末端，得到主减速段制导参数的修正量，进而达到反馈修正的目的；经过主减速末期的多次预测修正后，可以保证接近段入口目标状态的实现；(4)判断是否满足主减速切换条件，如果满足，则切换到快速调整制导；否则重新计算步骤(1)~(3)，直到满足主减速切换条件；(5)利用切换时刻的探测器推力加速度大小、方向和接近段入口目标状态确定快速调整段制导参数；(6)根据快速调整段制导参数确定快速调整段当前制导指令；(7)利用探测器当前状态，规划接近段入口制导指令；(8)快速调整段当前制导指令与接近段入口制导指令夹角小于设定值或制导时间完成，切换到接近段制导。所述步骤(2)具体实现如下:(1)定义主减速段末端加速度为，接近段初始加速度为h，快速调整段初始加速度为巧，快速调整段时间为△%，其受姿态机动最大角速度约束，最大姿态角速度可以取为5° /S，制导参数计算公式如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衔接主减速和接近段的预测校正方法，其特征在于实现步骤如下：（1）计算主减速段制导参数利用探测器当前状态和主发动机比冲和推力参数，计算主减速段制导参数：剩余主减速时间、参考时间、推力方向变化率和参考速度增量方向；（2）基于主减速段制导参数和探测器当前状态进行快速调整段终端预测利用步骤（1）中计算主减速段制导参数和探测器当前状态，预测主减速终端状态和制导指令；根据接近段入口对姿态和加速度的要求，确定快速调整段终端状态；由此确定快速调整段制导参数，进而利用快速调整段制导参数预测快速调整过程产生的位置和速度变化量，最终预测得到快速调整终端状态，即预测得到接近段入口状态；（3）基于接近段入口条件修正主减速段制导目标利用预测的接近段初始状态与接近段入口目标状态进行比较，得到接近段入口状态的差，所述接近段入口目标状态即接近段入口对高度和速度的要求；再利用状态转移矩阵递推到主减速末端，得到主减速段制导参数的修正量，进而达到反馈修正的目的；经过主减速末期的多次预测修正后，可以保证接近段入口目标状态的实现；（4）判断是否满足主减速切换条件，如果满足，则切换到快速调整制导；否则重新计算步骤（1）～（3），直到满足主减速切换条件；（5）利用切换时刻的探测器推力加速度大小、方向和接近段入口目标状态确定快速调整段制导参数；（6）根据快速调整段制导参数确定快速调整段当前制导指令；（7）利用探测器当前状态，规划接近段入口制导指令；（8）快速调整段当前制导指令与接近段入口制导指令夹角小于设定值或制导时间完成，切换到接近段制导。...

【技术特征摘要】
1.一种衔接主减速和接近段的预测校正方法，其特征在于实现步骤如下: (1)计算主减速段制导参数 利用探测器当前状态和主发动机比冲和推力参数，计算主减速段制导参数:剩余主减速时间、参考时间、推力方向变化率和参考速度增量方向； (2)基于主减速段制导参数和探测器当前状态进行快速调整段终端预测 利用步骤(1)中计算主减速段制导参数和探测器当前状态，预测主减速终端状态和制导指令；根据接近段入口对姿态和加速度的要求，确定快速调整段终端状态；由此确定快速调整段制导参数，进而利用快速调整段制导参数预测快速调整过程产生的位置和速度变化量，最终预测得到快速调整终端状态，即预测得到接近段入口状态； (3)基于接近段入口条件修正主减速段制导目标 利用预测的接近段初始状态与接近段入口目标状态进行比较，得到接近段入口状态的差，所述接近段入口目标状态即接近段入口对高度和速度的要求；再利用状态转移矩阵递推到主减速末端，得到主减速段制导参数的修正量，进而达到反馈修正的目的；经过主减速末期的多次预测修正后，可以保证接近段入口目标状态的实现； (4)判断是否满足主减速切换条件，如果满足，则切换到快速调整制导；否则重新计算步骤(1)~(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄翔宇，张洪华，关轶峰，李骥，梁俊，程铭，赵宇，于萍，何健，王大轶，张晓文，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：