[发明专利]基于矢量轨迹的火星动力下降轨迹规划方法

权利要求书

1.基于矢量轨迹的火星动力下降轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1、确定火星动力下降段动力学方程、最优性能指标及约束条件；

步骤2、通过将步骤1中火星动力下降段动力学方程、最优性能指标及约束条件矢量化处理，并确定矢量轨迹，即实现定义矢量轨迹；

步骤3、对矢量化处理后的位置、速度、加速度矢量，最优性能指标及约束条件进行离散化；

步骤4、通过离散化后的位置、速度、加速度矢量、最优性能指标及约束条件，将轨迹优化问题转化为二阶锥规划问题；

步骤5：求解步骤4确定的二阶锥规划问题，实现在目标着陆点着陆，并满足相机视场角约束、几何凸轨迹约束、控制约束，同时轨迹规划方法具备实时性和收敛性；

其中，步骤1实现方法为，

确定火星动力下降段动力学方程如式所示

其中，x和z分别为着陆器水平位置和高度；v_x和v_z分别为着陆器沿水平方向和高度方向的速度；a_x和a_z分别为着陆器沿水平方向和高度方向的加速度；a_cx和a_cz分别为着陆器沿水平方向和高度方向的控制加速度，并满足如式所示的关系

其中，g为火星表面重力加速度；在火星动力下降轨迹规划过程中，需满足式所示的边界约束条件

其中，x₀和z₀分别为初始时刻t＝t₀时，着陆器水平和高度方向的位置；v_x0和v_z0分别为初始时刻t＝t₀时，着陆器水平和高度方向的速度；x_f和z_f分别为着陆时刻t＝t_f时，着陆器水平和高度方向的目标位置；v_xf和v_zf分别为着陆时刻t＝t_f时，着陆器水平和高度方向的目标速度；火星动力下降段要求v_xf＝0、v_zf＝0；将着陆坐标系原点置于着陆点处，则有x_f＝0、z_f＝0；

则火星动力下降最优性能指标为

火星动力下降段中，为保证导航相机对着陆点的可见性以及着陆过程的避障能力，需满足相机视场角约束和几何凸轨迹约束；

约束条件一：相机视场角约束；

由于导航相机存在视场角，需保证相机对着陆区域的可见性，即满足式所示的几何关系；

其中，α_FoV为视线角，定义为相机与着陆点的连线与相机光轴之间的夹角；γ为相机视场角，定义为相机两视线边缘之间的夹角，γ/2为相机视线边缘与相机光轴之间的夹角；

约束条件二：几何凸轨迹约束；

几何凸轨迹约束表示为如式所示的形式；

约束条件三：控制约束；

控制约束表示为如式或式所示的形式

T_min≤||T||≤T_max (7)

a_c,min≤||a_c||≤a_c,max (8)

其中，T＝ma_c为着陆器推力，为推力器幅值，m为着陆器质量，T_min和T_max分别为推力幅值的最小值和最大值；a_c,min和a_c,max分别为控制加速度幅值的最小值和最大值，且满足如式所示的关系；