[发明专利]小天体附着轨迹自适应曲率匹配制导方法

权利要求书

1.小天体附着轨迹自适应曲率匹配制导方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、根据着陆器自主光学导航系统测量的当前着陆器所处位置信息，计算附着器与预定着陆点间的水平距离，并进一步计算当前水平距离下的安全高程；将安全高程与激光雷达测量的实际高程信息对比，判断前方运动轨迹是否与地形障碍冲突，并根据判断结果转入步骤二，或直接转入步骤三；

步骤一实现方法为，

首先以预定着陆点为原点建立小天体表面固连直角坐标系oxyz，z轴与着陆点所在位置局部地平面的法线重合，正方向指向小天体外部；x轴在着陆点局部地平面内，与z轴正方向和小天体自转方向的叉乘矢量重合，y轴与x轴、z轴共同组成右手坐标系；定义着陆器当前状态为：

Z＝[r_x r_y r_z v_x v_y v_z]^T (1)

其中r_x、r_y、r_z为着陆器在表面固连坐标系下的位置，v_x、v_y、v_z为着陆器在表面固连系下的速度；定义小天体表面高度为Al(x,y)，表示表面固连系下(x,y)处对应的小天体地表一点的z轴坐标；进一步定义着陆器的相对高度函数：

H(r_x,r_y)＝r_z-Al(r_x,r_y) (2)

为保证着陆器在附着过程中不与地形障碍相撞，需要将着陆器的相对高度约束在安全高度范围内，该约束以水平距离和相对高度组成的锥形约束的形式给出；定义高程安全系数k_h(k_h＞0)；当着陆器状态满足时，表明相对高度处于安全范围内，此时继续按照预定轨迹运动，转入步骤二；当时，相对高度处于安全范围之外，表明着陆器有与地形障碍碰撞风险，需改变预定轨迹规避障碍，转入步骤三；

步骤二、在相对高度处于安全范围时，按照解析能量最优制导律制导规避障碍，当执行一个时间步长后转回步骤一；

步骤三、在相对高度低于安全范围时，在步骤二的解析能量最优制导律基础上，通过分析轨迹形状与着陆器状态量的关系，引入三轴推力系数推导得到带参数的解析最优制导律，并建立解析能量最优制导律和带参数的解析最优制导律相互转化的条件；根据该条件导出轨迹曲率与推力参数的关系，并通过调整推力参数提升轨迹曲率，达到规避地形障碍、使相对高度重回安全范围的目的，步骤三执行一个时间步长后，转至步骤一，重新判断着陆器相对高度是否回归安全范围；

步骤四、从着陆器最终附着过程开始，重复执行步骤一到三，直到估计的剩余时间的值趋于零，表示着陆器成功在预定着陆点实现“双零”附着，即实现基于小天体附着轨迹自适应曲率匹配制导实现小天体附着避障制导，着陆器成功着陆。