[发明专利]小天体附着凸轨迹制导方法

权利要求书

1.小天体附着凸轨迹制导方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、在制导周期开始时刻，根据着陆器的当前状态与目标位置，分别在着陆坐标系的XOZ和YOZ平面内确定轨迹在当前点的凹凸性；如果轨迹为凸，转至步骤二；如果轨迹非凸，则转至步骤三；

步骤二、轨迹在当前点的状态为凸，在每个制导周期开始时刻，预测当前点引力并根据能量最优制导律生成加速度；考虑到各种扰动的影响，根据所生成的加速度得到预测的参考轨迹，使用滑模控制律进行扰动补偿、预测并补偿向心力、科氏力，则凸轨迹制导律由能量最优制导律和滑模控制律两部分构成；若当前剩余时间小于制导周期时，转入步骤四；

步骤三、若轨迹在当前点非凸，则在制导开始时刻计算当前点所需的常加速度，给定加速度系数，计算常加速度作用时间，在该时间内使用该常加速度使得轨迹由凹变凸；对于不确知因素，采用滑模控制进行补偿，其制导周期保持不变；则凸轨迹制导律由常加速度制导律和滑模控制律两部分构成；经过常加速度作用时间后，返回步骤一；

步骤四、若根据当前点估计的剩余附着时间小于给定的制导周期时，在剩余时间内实施步骤二中的凸轨迹制导律，能够提高对不确定因素的鲁棒性，且能够使着陆器沿凸轨迹更安全、精确地达到目标着陆点，完成小天体附着。

2.如权利要求1所述的小天体附着凸轨迹制导方法，其特征在于：步骤一的具体实现方法为，

首先定义本方法所需要的两个坐标系：小天体固连坐标系和着陆点固连坐标系；以小天体质心为原点建立小天体固连坐标系∑^a OXYZ，Z^a轴与小天体最大惯性主轴重合，与小天体转速方向相同；X^a和Y^a分别与中间和最小惯性主轴重合，X^a轴与Y^a轴、Z^a轴组成右手坐标系；以目标着陆点为原点建立着陆点固连坐标系∑^L OXYZ，Z^L轴与着陆点所在局部平面的法向量重合，指向小天体外侧；X^L轴指向与Z^L轴和Z^a轴的叉乘矢量一致，X^L轴与Y^L轴、Z^L轴共同组成右手坐标系；则着陆器在小天体固连坐标系下的状态描述为

其中为着陆器在小天体固连系下的位置，为着陆器在小天体固连系下的速度，上标描述该物理量所用的坐标系；在小天体固连系内，着陆器的动力学方程为

其中，g^a为着陆器所受的小天体引力，利用三轴椭球模型求解；ω^a＝0,0,ω^T为小天体转速；a^a为控制加速度，由步骤二和步骤三产生的制导指令给出；

着陆器在着陆点固连系下的状态由X^a、着陆点坐标和小天体固连系到着陆点固连系的旋转变换矩阵C_LA描述

根据当前着陆器状态按照公式(4)计算附着所需要的剩余时间t_go，在着陆器开始附着时给定制导周期为t_g

为使得着陆器沿着凸轨迹着陆，首先需要判断轨迹在当前状态的凹凸性趋势；由于小天体附着是一个三维过程，通过在两个正交的平面内分别去进行凹凸性判断，则可表征三维着陆过程中轨迹局部点上的凹凸性趋势；选取平面X^LO^LZ^L和Y^LO^LZ^L作为基准平面来表征三维轨迹凹凸性

X^LO^LZ^L平面内，轨迹在当前点是凸的，即为

Y^LO^LZ^L平面内，轨迹在当前点是凸的，即为

若轨迹在当前点为凸的，即同时满足不等式(5)和不等式(6)，则转入步骤二，轨迹非凸，则转至步骤三。