[发明专利]探测器火星大气进入轨迹快速生成方法

权利要求书

1.探测器火星大气进入轨迹快速生成方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1、根据探测器在进入火星大气过程中的控制能力变化特点，将进入飞行过程做分段处理，具体分为初始进入阶段、航程控制段和航向控制段；

步骤2、在火星大气进入过程中的航程控制段和航向控制段，建立以速度为自变量的探测器无量纲动力学模型；

步骤3、将探测器火星大气进入轨迹生成原问题建模成优化问题；

步骤4、将步骤3的优化问题转化成线性规划问题；

步骤5、在步骤4的基础上，构造序列线性规划问题，通过迭代过程求解探测器火星大气进入轨迹生成原问题；

步骤1包括：根据探测器在进入火星大气过程中的控制能力变化特点，将进入飞行过程的控制分为初始进入阶段、航程控制段和航向控制段三个阶段，具体包括如下步骤：

步骤1-1，初始进入阶段：在火星大气进入段初期，为初始进入阶段，探测器采用常值控制量进入，所述常值控制量由地面站确定并在进入大气前发送给探测器，所述火星大气进入段初期的满足条件为：D＜0.2g_e，其中D为探测器所受阻力加速度大小，g_e为地表引力加速度；

步骤1-2，航程控制段：当D≥0.2g_e且探测器速度大于1100m/s时，进入航程控制段；

步骤1-3，航向控制段：当探测器的速度小于1100m/s时，进入航向控制段；

步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，建立如下火星大气进入段以速度为自变量的探测器无量纲动力学模型：

其中，r为火星质心到探测器质心的距离，γ为探测器的路径角，θ为探测器的火星经度，φ为探测器的火星纬度，ψ为探测器的方位角，V为探测器相对于火星表面的速度大小，L为探测器的升力加速度大小，D为探测器所受阻力加速度大小，σ为倾侧角；

各变量的无量纲化处理方法为：长度的无量纲单位为火星半径R₀＝3397200m，速度的无量纲单位为其中代表火星表面引力加速度，μ_M＝4.2828×10¹³m³/s²为火星引力常数，加速度大小的无量纲单位为g₀，各角度的单位均为弧度，无需做进一步处理；

步骤2-2，火星大气密度ρ采取如下指数密度模型：

其中，密度的无量纲单位为m_scale＝7.84×10¹⁵kg为质量的无量纲单位，ρ₀＝(2.0×10^-4kg·m^-3)/ρ_scale为参考大气密度，r₀＝(3.4372×10⁶m)/R₀为参考高度，h_s＝(7.5×10³m)/R₀为标高；

步骤2-3，无量纲的阻力和升力加速度计算公式分别如下：

L＝D·(L/D)， (3)

其中，B表示弹道系数，弹道系数的无量纲单位为L/D为升阻比大小；

步骤2-4，用代表航程，代替公式(1)中的经度和纬度来描述探测器水平位置，其中，V₀为探测器初始速度大小，V_f为探测器在开伞点的速度大小；得到如下以速度为自变量的纵向动力学方程：

步骤2-5，将公式(4)简化写成如下紧凑形式：

(5)其中，x＝[r γ s]^T为纵向运动状态，代表状态x相对于速度的一阶导数，为系统矩阵，为控制矩阵，u＝cosσ为控制变量。