基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法

2024-02-09 12:15:15

專利名稱：基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法
技術領域：
本發明涉及一種基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法，屬於深空探測器導航與制導技術領域。
背景技術：
行星著陸過程中，由於著陸器受到各種不確定性因素影響，其制導控制律的設計必須建立在對系統狀態最優估計的基礎上，這使得精確的導航定位顯得尤為關鍵；加之著陸時間較短，深空環境中通信延遲時間較長，基於地面站的導航制導控制模式不再適用，因此發展深空著陸自主實時精確的導航制導控制策略成為目前國內外學者研究的熱點。在先技術[I]中(參見R. R. Sostaric, J. R. Rea. Powered descentguidancemethods for the moon and mars.San Francisco,USA:AmericanInstitute ofAeronautics and Astronautics Inc, 2005.),傳統的制導控制設計過程是基於確定性等價假設，其制導控制策略的選取與導航估計不確定性互不影響，從而可將系統的導航制導控制設計分為兩個獨立的過程，即利用導航濾波器從噪聲汙染測量中估計出系統狀態；再假設這樣的估計狀態即為系統的真實狀態，利用傳統的制導控制技術給出到達目標著陸區域所需的控制量。由於這種方法簡便易行且運算量低，因此成為以往著陸段任務制導控制策略的選擇。然而，對於非線性的著陸器系統而言，其可觀測性與狀態軌跡間存在非線性耦合，因此其可觀測性會受到系統狀態軌跡的影響。當觀測能力受到限制時，有限的觀測能力會導致缺乏狀態觀測的估計性能不佳，進而弱化制導控制性能，尤其對於具有不規則引力場特性的小行星著陸制導控制而言，一個很小的控制偏差會導致最終著陸器與目標著陸點的大範圍偏離，達到可靠的著陸性能就變得極具挑戰性。因此，如何利用儘可能少的導航敏感器，通過優化觀測軌跡，在滿足著陸任務要求的同時，儘可能地減小導航定位誤差，從而提高導航制導控制系統的整體性能是行星著陸過程中亟待解決的問題。

發明內容
本發明的目的在於針對行星著陸視覺導航過程中由於有限觀測能力引起的估計性能不佳問題，提出一種基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法。本方法以基於單目視覺導航的深空著陸制導控制任務為背景，考慮有效控制與可靠估計間的對偶問題，通過擴展狀態空間將系統不確定性作為部分代價引入二次型性能指標中，從而採用線性二次型控制技術給出隨機優化反饋控制律。具體包括如下步驟步驟1，建立探測器系統的擴展狀態空間描述模型
權利要求
1.基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法，其特徵在於包括以下步驟 步驟1，建立探測器系統的擴展狀態空間描述模型
2.根據權利要求I所述的基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法，其特徵在於採用無限時長穩態增益狀態反饋控制方法求取u'
全文摘要
本發明涉及一種基於可觀測性約束的行星著陸軌跡隨機優化方法，屬於深空探測器導航與制導技術領域。本方法以基於單目視覺導航的深空著陸制導控制任務為背景，考慮有效控制與可靠估計間的對偶問題，通過擴展狀態空間將系統不確定性作為部分代價引入二次型性能指標中，從而採用線性二次型控制技術給出隨機優化反饋控制律，代入建立的探測器系統的擴展狀態空間描述模型，實現對行星著陸軌跡的實時優化；避免了動態規劃與基於搜索方法的運算負擔，有效地克服了著陸過程中可觀測性缺乏問題，提高系統的導航估計性能，使行星探測器導航制導控制整體性能得到保障，達到可靠著陸行星的最終目標。
文檔編號G05D1/10GK102945000SQ201210498820
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者崔平遠, 高艾, 徐瑞, 朱聖英, 於正湜 申請人:北京理工大學