新型火星EDL導航、制導與控制技術研究.pdf

1、當前的火星任務沿用了海盜號任務期間發(fā)展起來的第一代火星EDL導航、制導控制方式，即采用基于航位遞推的導航方式和無升力控制的彈道再入方式，導致落點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對著陸精度的需求。因此，有必要發(fā)展新一代火星EDL導航、制導控制技術，以期實現(xiàn)火星精確著陸。
　　 本文以火星精確著陸探測任務為背景，從高精度EDL導航、軌跡優(yōu)化和制導控制三個方面出發(fā)對下一代火星EDL導航、制導控

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

3、正慣性導航的誤差，仿真結果表明組合導航的精度較航務遞推有顯著提高，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與IMU進行組合導航方式，雖然水平位置狀態(tài)不可觀，但仍然克服了慣性導航誤差發(fā)散的缺點。著陸段對導航精度的要求更高，所以在下降段導航敏感器配備的基礎上增加導航相機用于估計水平運動情況。
　　 然后，對進入段和著陸段的標稱軌跡進行了預先規(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、解決了當真實軌跡與標稱軌跡相差太大時可能會出現(xiàn)因控制飽和而無法跟蹤標稱軌跡的情況。同時，在標稱軌跡優(yōu)化性能指標中加入了不確定性因素對狀態(tài)靈敏度項，在幾乎不改變原來最優(yōu)性能指標的同時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)對制導控制系統(tǒng)的不利影響，根據(jù)基于CGT的直接自適應控制理論設計了火星進入自適應制導控制律；針對進入段動力學模型存在未建模動態(tài)的問題