[发明专利]一种在线发动机推力和比冲估计方法及系统

说明书

一种在线发动机推力和比冲估计方法及系统，包括：(1)根据主发动机的地面试车结果，确定主发动机推力以及比冲的估计初值，并对后续迭代过程需要的相关参数进行初始化；(2)结合姿控推力器工作在主发动机推力方向产生的附加加速度和姿控推力器引起的质量消耗，求解出主发动机推力和比冲的估计值，从而实现在线发动机推力和比冲估计。本发明考虑了动力过程主发动机以外其他姿控发动机喷气造成的额外质量消耗和加速度，并将它们的影响从估计方程中扣除，最后通过递推最小二乘方法得到主发动机推力和比冲的精确估计结果。这种方式的好处是可以实时在线进行并且剔除了其他发动机工作对估计结果的不利影响。

技术领域

本发明涉及一种在线发动机推力和比冲估计方法及系统，属于航天器制导控制领域。

背景技术

对于航天器来说，主发动机推力、比冲是各种动力过程，例如轨道控制过程、月球着陆过程、月球上升过程的关键参数，它影响着轨道策略计算或者制导解算的精度。

目前绝大多数航天器的发动机推力在轨标定均是利用发动机点火过程中的加速度计测量结果进行事后处理完成的。根据推力＝质量×加速度这一物理定理，用加速度计测量加速度，然后根据质量(作为已知量)就可以计算出推力。利用点火过程一段时间的加速度测量，进行平滑去除噪声后可以得到推力的估值。但发动机的比冲一般只能是根据地面试车结果或者结合在轨推进贮箱压力等参数计算。也就是说传统方法有二个缺点：一、发动机推力不能在线实时进行估计，只能事后估计；二、发动机比冲只能通过其他方法事前估计，而不能在点火过程中实时估算。

我国的月球着陆器首次提出了“一种自适应动力显式制导方法”(专利号ZL201310685323.4)，其中采用了一种在线估计剩余制导时间的方法。这种方法隐含着估计发动机的推力和比冲。但是该方法并没有考虑除了主发动机以外，其他姿控发动机比冲和推进剂消耗的影响，其结果是估计的发动机推力和比冲是着陆器点火过程中所有发动机的“平均”结果。这对于制导律来说是合理的。但当需要精确获得主发动机参数时，这种方法是有缺陷的。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提出了一种在线发动机推力和比冲估计方法及系统，针对上述不足，本发明方法记录了除主发动机以外其他所有姿控发动机的喷气脉宽，根据地面试车获得的姿控发动机推力和比冲，实时计算出姿控发动机引起的推进剂消耗和附加加速度，将这些影响从主发动机推力大小和比冲估计的方程中扣除，从而得到更为准确的估计结果。

本发明所采用的技术方案为：

一种在线发动机推力和比冲估计方法，实现步骤如下：

(1)根据主发动机的地面试车结果，确定主发动机推力以及比冲的估计初值，并对后续迭代过程需要的相关参数进行初始化，具体为：

m(t₀)＝m₀；

其中，初始时刻为t₀，航天器的质量为m，t₀时刻的质量为m(t₀)，且初始化为m₀；

矩阵M和列向量N初始化为0，即

姿控推力器的累计推进剂消耗为Δm_RCS，t₀时刻的初值为0，即

Δm_RCS(t₀)＝0；

主发动机推力的估值为主发动机比冲的估值为在初始时刻，初值分别为F_main0和I_spmain0，则有