[发明专利]小天体表面移动轨迹抗差优化方法

说明书

本发明公开的小天体表面移动轨迹抗差优化方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法如下：建立探测器弹跳移动的动力学方程；考虑探测器初始状态偏差和引力加速度偏差，建立探测器弹跳移动距离与探测器在Y轴方向上的位置分量的协方差矩阵；基于建立的协方差矩阵，给出考虑探测器初始状态偏差和引力加速度偏差对弹跳移动轨迹影响的指标J₁；同时，给出能耗指标J₂；综合指标J₁和指标J₂，给出综合能耗、考虑探测器初始状态偏差和引力加速度偏差对弹跳移动轨迹影响的指标J₃；分别将优化指标J₁、指标J₂、指标J₃得到的探测器起跳角代入动力学方程，得到对应的优化弹跳移动轨迹，实现探测器在小天体表面弹跳移动轨迹的抗差优化，提高探测器弹跳移动的位置精度。

技术领域

本发明涉及一种小天体表面移动轨迹抗差优化方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

近十几年来的深空探测任务中，小天体的探测不断受到世界各国空间探测技术研究机构的关注。目前，小天体的探测方式主要有飞越、绕飞、着陆、采样返回。为了使探测任务获得更高的任务回报，需要获得更多的小天体表面信息及样本，因此，有必要进行小天体表面移动探测的研究。受小天体表面的微重力以及复杂地形影响，传统的轮式探测车已不适用于小天体的表面移动探测。近年来，不断有学者开始研究一种新颖的小天体表面移动探测方式——弹跳探测。相比于传统的轮式探测车，弹跳探测器具有可越过障碍物、能在短时间内实现长距离移动等优点。对于弹跳移动的表面移动方式，较小的起跳初始状态偏差就可能造成较大的移动终点位置偏差。因此，需要研究可靠的移动轨迹优化方法，以实现探测器在小天体表面的精确弹跳移动。

在已发展的小天体表面移动轨迹优化方法中，在先技术[1](参见Shen H,ZhangT,Li Z,Li H.Multiple-Hopping Trajectories Near a Rotating Asteroid[J].Astrophysics and Space Science,2017,362:45.)，采用蚁群算法研究了在小天体表面移动的弹跳式探测器的轨迹优化问题。该方法采用精确的动力学模型。但是，其采用优化方法进行推力设计，需要考虑额外的推力作用而产生的燃耗问题。同时，该方法为一种开环方法，受探测器状态偏差和动力学参数的不确定性影响较大。

在先技术[2](参见Yanjie Liu,Shengying Zhu,Pingyuan Cui,Zhengshi Yu,HuaZong.Hopping Trajectory Optimization for Surface Exploration on SmallBodies.Advance in Space Research,2017,60(1):90-102.)，基于凸优化方法，考虑推力作用的燃耗最优问题，对探测器在小天体表面弹跳移动的单次弹跳轨迹进行优化设计。但是，该方法没有考虑探测器初始状态偏差以及引力加速度偏差对弹跳移动轨迹的影响。

发明内容

针对现有技术中小天体表面移动的弹跳式探测器的移动轨迹优化方法，没有考虑探测器初始状态偏差和引力加速度偏差对弹跳移动轨迹的影响，导致探测器弹跳移动的终点位置出现偏差。本发明公开的小天体表面移动轨迹抗差优化方法要解决的技术问题是：在轨迹优化过程中通过考虑探测器初始状态偏差和引力加速度偏差对弹跳移动轨迹的影响，优化得到有效抵抗所述偏差影响的弹跳移动轨迹，从而实现小天体表面移动轨迹的抗差优化，提高探测器弹跳移动的位置精度。

本发明是通过下述技术方案实现的。