[发明专利]一种火星大气进入段最优预测制导方法

说明书

本发明公开的一种火星大气进入段最优预测制导方法，涉及一种最优制导方法，属于深空探测技术领域。本发明将最优控制的方法引入火星大气进入段的制导律设计中，通过确定末端高度最优条件下的剖面形式，最优倾侧角开关曲线的最大值|σ|_max和最小值|σ|_min取值，以及开关曲线的开关时机，能够在满足末端开伞位置精度的同时，最大限度地提升末端高度，从而为火星进入、下降和着陆任务的后续操作提供更大的时间裕度，保证火星着陆探测任务的安全实施。此外，本发明通过搜索使得性能指标取得极小值的方式来确定开关时机采用所述的性能指标能够避免在线数值求解非线性方程时可能出现的无解的情形，从而提高算法的稳定性和鲁棒性，能够保证末端位置精度。

技术领域

本发明涉及一种最优制导方法，尤其涉及一种火星大气进入最优制导方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

在未来火星着陆探测任务期望通过相应的制导技术，在火星大气进入段实现更高的末端高度。这是由于1)在科学价值方面：探测器从进入大气到实现着陆的过程中，大气进入段是历时最久，高度和速度变化最为显著的一个过程，提高进入段末端高度可以显著提高最终着陆的海拔高度，进而实现对火星的远古高地等具备高科学价值的高海拔地区进行着陆探测；2)工程实现方面：实现火星大气进入段开伞高度的提升，可以为后续的下降和着陆段任务的执行争取到更为充足的时间裕度，进而保证任务的安全实施。到目前为止，七次成功实施的火星着陆探测任务中，探测器着陆点的海拔高度均低于0m。因此，有必要针对未来火星着陆探测任务的大气进入段，设计一种末端高度最优的在线制导律。

目前所研究的火星大气进入段制导方法主要可分为标称轨迹法和预测制导法。其中，标称轨迹法针对提高火星大气进入段末端开伞高度这一问题，常见方法是以开伞高度作为性能指标，进行离线轨迹优化，再结合相应的轨迹跟踪律加以实现。而预测制导方法通常着眼于末端位置精度，较之于标称轨迹法能够更有效地应对进入过程中的各种偏差和扰动，而对如何提升末端高度关注较少。

为了满足未来火星探测任务的需求，有必要针对火星大气进入段末端高度这一问题，设计一种末端高度最优的预测制导律，以保证末端位置精度的同时，实现末端高度的提升。

发明内容

本发明公开的一种火星大气进入段最优预测制导方法，所解决的技术问题是，实现在保证末端位置精度的同时，能够最大限度地提高末端高度，从而为后续的下降和着陆任务相关操作提供更大的时间裕度，保证火星着陆探测任务的安全实施。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种火星大气进入段最优预测制导方法，将最优控制的方法引入火星大气进入段的制导律设计中，通过确定末端高度最优条件下的剖面形式，最优倾侧角开关曲线的最大值|σ|_max和最小值|σ|_min取值，以及开关曲线的开关时机，能够在满足末端开伞位置精度的同时，最大限度地提升末端高度，从而为火星进入、下降和着陆任务的后续操作提供更大的时间裕度，保证火星着陆探测任务的安全实施。

所述的开关时机指火星大气进入段轨迹的物理量ζ满足条件所对应的时间t_s，所述的物理量ζ具体包括进入速度v、比能量e，对应的开关时机v_s、e_s分别称为开关速度、开关能量。

本发明公开的一种火星大气进入段最优预测制导方法，包括如下步骤：

步骤1、确定纵向运动在末端高度h_f最优条件下的剖面形式。