新型火星EDL導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前的火星任務(wù)沿用了海盜號任務(wù)期間發(fā)展起來的第一代火星EDL導(dǎo)航、制導(dǎo)控制方式，即采用基于航位遞推的導(dǎo)航方式和無升力控制的彈道再入方式，導(dǎo)致落點(diǎn)誤差橢圓的半徑在數(shù)百公里的量級，無法滿足未來的火星取樣返回和載人登陸等任務(wù)對著陸精度的需求。因此，有必要發(fā)展新一代火星EDL導(dǎo)航、制導(dǎo)控制技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)火星精確著陸。
　　 本文以火星精確著陸探測任務(wù)為背景，從高精度EDL導(dǎo)航、軌跡優(yōu)化和制導(dǎo)控制三個(gè)方面出發(fā)對下一代火星EDL導(dǎo)航、制導(dǎo)控

2、制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　 首先，為了分析探測器在整個(gè)飛行過程中的動態(tài)特性，通過合理的假設(shè)與近似，分別建立了火星進(jìn)入段、下降段和著陸段的動力學(xué)模型，為后面的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)學(xué)模型。
　　 其次，針對傳統(tǒng)的基于IMU的航位推算導(dǎo)航精度不高、誤差隨時(shí)間積累這一問題，本文發(fā)展了火星EDL外部測量敏感器/IMU組合導(dǎo)航方法。進(jìn)入段采用軌道器和陸地信標(biāo)與探測器進(jìn)行無線電測量與通信的方式來修

3、正慣性導(dǎo)航的誤差，仿真結(jié)果表明組合導(dǎo)航的精度較航務(wù)遞推有顯著提高，且基本不受無線電測量中斷的影響。下降段采用微型高度速度計(jì)與IMU進(jìn)行組合導(dǎo)航方式，雖然水平位置狀態(tài)不可觀，但仍然克服了慣性導(dǎo)航誤差發(fā)散的缺點(diǎn)。著陸段對導(dǎo)航精度的要求更高，所以在下降段導(dǎo)航敏感器配備的基礎(chǔ)上增加導(dǎo)航相機(jī)用于估計(jì)水平運(yùn)動情況。
　　 然后，對進(jìn)入段和著陸段的標(biāo)稱軌跡進(jìn)行了預(yù)先規(guī)劃。 本文在軌跡優(yōu)化過程充分考慮了火星探測器的控制能力有限這一問題，比較好地

4、解決了當(dāng)真實(shí)軌跡與標(biāo)稱軌跡相差太大時(shí)可能會出現(xiàn)因控制飽和而無法跟蹤標(biāo)稱軌跡的情況。同時(shí)，在標(biāo)稱軌跡優(yōu)化性能指標(biāo)中加入了不確定性因素對狀態(tài)靈敏度項(xiàng)，在幾乎不改變原來最優(yōu)性能指標(biāo)的同時(shí)有效的減小了大氣密度、探測器狀態(tài)等不確定因素對終端狀態(tài)的影響，從而提高了控制精度。
　　 最后，為了有效克服不確定性參數(shù)對制導(dǎo)控制系統(tǒng)的不利影響，根據(jù)基于CGT的直接自適應(yīng)控制理論設(shè)計(jì)了火星進(jìn)入自適應(yīng)制導(dǎo)控制律；針對進(jìn)入段動力學(xué)模型存在未建模動態(tài)的問題