[发明专利]一种基于允许控制集的月面着陆全程制导时间优化方法

说明书

本发明公开了一种面向月面紧急救援任务的，航天器轨道转移的允许控制集合构建方法与全程时间最优制导方法，包括：根据定点着陆指令发出时的救援航天器和着陆点位置，确定救援航天器轨道转移的初末状态；采用网络图模式将优化后得到的允许控制集合构建为允许控制数据库；采用动态规划法对优化后各段的允许控制数据库进行处理，采用以全程时间最优为指标，获得全程时间最优控制结果。该方法用于构建各段的允许控制集合，从而采用动态规划法确定任务全程的最优轨迹。

技术领域

本发明涉及航天领域的航天器轨道转移，具体涉及一种性能最优的航天器多阶段任务规划与制导控制方法。

背景技术

通常的航天器轨道转移仅考虑燃料或能量最优，现有技术采用伪谱法获得了航天器轨道转的燃料最优轨道，而月面紧急救援的任务通常需要时间最优，更为复杂的多阶段轨道转移任务的性能指标更为复杂。针对多阶段任务的全局优化方法目前有启发式智能优化方法和动态规划法。其中启发式算法存在算法设计难度大、易陷入局部最优解、算法复杂度高等特点，不易于在航天领域应用。动态规划法本质上式一种搜索类算法，没有统一的形式且需较大的计算机储存空间。

发明内容

针对现有制导理论存在的问题：仅针对单一阶段，只能进行局部优化，无法获得多阶段任务全过程的最优解。本发明公开了一种面向月面紧急救援任务的，航天器轨道转移的允许控制集合构建方法，用于构建各段的允许控制集合，从而采用动态规划法确定任务全程的最优轨迹。

本发明的技术方案是：

一种基于允许控制集的月面着陆全程制导时间优化方法，包括以下步骤：

S100，将任务全程分为四个阶段即初轨段、轨道转移段、任务轨道调相段、动力下降段，根据定点着陆指令发出时的救援航天器和着陆点位置，确定救援航天器轨道转移的初末状态即：航天器初始时刻的位置、速度与到达目标地点处的位置、速度；

S200，在轨道转移段通过改变任务轨道的轨道倾角差、升交点赤经差、真近点角获得给定转移时间在多约束条件下的最小取值，将每种状态的最短时间和对应的转移状态的集合作为轨道转移段的允许控制集合；

S300，在动力下降段通过改变救援航天器在任务轨道上开始动力下降的位置，在给定待着陆点的情况下，获得每个初始状态的最短转移时间，将其作为动力下降段的允许控制集合；

S400，采用网络图模式将步骤S200、S300优化后得到的允许控制集合构建为允许控制数据库；

S500，采用动态规划法对S400优化后各段的允许控制数据库进行处理，采用以全程时间最优为指标，获得全程时间最优控制结果。

作为本发明的进一步改进，S300中，通过显式制导方法获得每个初始状态的最短转移时间。

作为本发明的进一步改进，S400中，在构建允许控制数据库过程中缩小允许控制集合的范围。

作为本发明的进一步改进，S500中，全程时间最优控制结果是指选择各阶段的控制使得任务全过程时间最优。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

相较于传统的分阶段独立控制，本发明对任务的各阶段都进行了考虑，采用将各阶段纳入统一的优化体系的方法获得了任务全过程的最优时间。相比较于传统搜索方法，本发明采用的优化允许控制数据库可以占用更小的储存空间和更短的计算时间，时间复杂度降低到O(n²)。本发明采用的允许控制数据库是一种全局搜索方法可以获得全局最优解，该方法不是启发式算法不易陷入局部最优解的陷阱。

附图说明

图1：月面紧急救援任务流程图；

图2：轨道转移段允许控制集合；

图3：动力下降段允许控制集合；