[发明专利]一种火星大气进入过程升力制导误差分析方法和系统

说明书

本发明公开了一种火星大气进入过程升力制导误差分析方法和系统，该方法包括：建立半速度系下的动力学方程；对半速度系下的动力学方程进行误差分析，建立大气进入误差动力学方程；对大气进入误差动力学方程进行离散化处理，得到离散化的误差协方差传播方程；根据离散化的误差协方差传播方程进行误差递推分析，得到火星大气进入过程升力制导误差分析结果，并输出。本发明通过方差外推技术实现了对火星着陆对落点误差方差的时间历程分析，为提高火星进入制导控制的鲁棒性和精度提供了研究依据。

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，尤其涉及一种火星大气进入过程升力制导误差分析方法和系统。

背景技术

深空探测是当今和未来航天领域的前沿之一，也是21世纪人类对宇宙探索的热点和焦点。而火星作为距离地球最近的行星之一，收到了各国科学家们的广泛关注。由于火星具有许多和地球类似的特点，研究火星的磁场、大气、气候以及地质、地貌等，对于研究火星的形成和演化，探索生命的起源等具有重大的科学意义。

我国的火星探测任务中通过一次发射实施火星环绕、着陆和巡视探测。任务成功的关键是成功实施进入、下降和着陆过程，实现火星表面软着陆。其中，火星大气进入段是气动环境最恶劣、高度跨度最大、参数变化及不确定性最多的阶段，如进入初始状态误差、气动参数不确定性及过程环境扰动等，同时进入段终端对开伞点状态，如马赫数、高度、动压等条件的约束非常严苛，并且针对未来火星任务“高精度定点着陆”的特点，火星着陆对落点精度要求将大幅提高，所以误差影响分析对提高制导的鲁棒性和精度意义重大，是火星进入制导控制需深入研究分析的重要内容。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种火星大气进入过程升力制导误差分析方法和系统，通过方差外推技术实现了对火星着陆对落点误差方差的时间历程分析，为提高火星进入制导控制的鲁棒性和精度提供了研究依据。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种火星大气进入过程升力制导误差分析方法，包括：

根据火星大气密度、弹道系数和升阻比系数误差范围，建立半速度系下的动力学方程；

对半速度系下的动力学方程进行误差分析，确定大气密度波动因子、弹道系数波动因子和升阻比系数波动因子的标准差；

根据确定的大气密度波动因子、弹道系数波动因子和升阻比系数波动因子的标准差，结合半速度系下的动力学方程，建立大气进入误差动力学方程；

对大气进入误差动力学方程进行离散化处理，得到离散化的误差协方差传播方程；

根据离散化的误差协方差传播方程进行误差递推分析，得到火星大气进入过程升力制导误差分析结果，并输出。

在上述火星大气进入过程升力制导误差分析方法中，半速度系下的动力学方程的模型表示如下：

其中，x表示系统状态，x＝[r,v,γ,s]^T，r表示探测器到火星中心距离，v表示探测器速度，γ表示探测器飞行路径角，s表示探测器航程；λ₁表示大气密度波动因子，λ₂表示弹道系数波动因子，λ₃表示升阻比系数波动因子；u表示控制量，u＝cosσ，σ表示倾侧角。

在上述火星大气进入过程升力制导误差分析方法中，标称气动参数条件下，半速度系下的动力学方程的微分表示如下：