火星着陆自主导航与制导控制研究进展及趋势

正火星探测为人类了解宇宙演化规律、生命起源提供了宝贵平台。火星着陆过程一般包括进入、下降、着陆3个阶段,需要探测器在7min左右穿过火星大气层、打开降落伞与反推发动机,将下降速度迅速减至0。该过程历时短、速度快、机动程序复杂,常被称为"恐怖7min",是火星探测任务最为惊险的一环。采用先进的自主导航与制导控制技术是实现火星表面安全精确着陆的关键。本文结合对往火星探测任务,对着陆过程中导航与制导控制系统面临的主要技术难题进行分析,并分别对火星着陆进入点与着陆点的选取,自主导航、制导与控制技术的研究现状进行总结回顾。最后,面向未来火星探测任务需求,对自主着陆技术的发展趋势进行展望。     

火星动力下降自主导航与制导技术研究进展

基于火星定点软着陆探测任务的需求，阐述了火星着陆动力下降导航与制导技术的必要性。首先分析了火星着陆动力下降段导航与制导问题，并总结了动力下降段导航与制导面临的挑战与难点，然后综述了动力下降段导航与制导技术的研究现状。最后针对未来复杂地形区精确着陆，提出了实现火星动力下降段高精度自主导航与制导需要解决的关键问题。     

航天飞机的导航和制导问题

航天飞机的导航、制导和控制是保证其可靠性的重要方面.导航、制导和控制系统必须采用冗余技术,具有较强的冗余管理功能.航天飞机的飞行通常分为上升、轨道运行和再入返回三大段.详细叙述航天飞机发射前的初始校准和对准,上升段、轨道飞行段和再入返回段的导航、制导问题.     

火星EDL导航、制导与控制方案综述与启示

进入、下降与着陆（EDL）导航、制导与控制(GNC)对于成功着陆火星起着决定性作用。首先详细地介绍了火星EDL的技术需求与GNC面临的挑战;然后系统地总结了国外历次成功火星任务的EDL导航、制导与控制方案;接着有针对性地梳理了我国现有航天工程任务中可加以利用的技术基础;最后,在对比分析已有技术的基础上,对我国未来的火星探测工程EDL导航、制导与控制技术研发给出了初步的建议。     

机动飞行器再入的变结构导引控制

本文针对机动飞行器在再入阶段的制导问题提出了一种变结构的闭环导引控制方案.仿真计算结果表明,这种控制方法对于飞行器各种参数的变化具有较好的鲁棒性.     

航天器多子网时间同步系统设计与验证

为了保证多舱段多子网深空探测器在交会对接、着陆下降、再入返回等特定任务阶段的导航精度要求,针对探测器中各子网守时时间与地面标准时间同步的精度需求,对国内外多子网航天器典型组网方式和时间传输机制进行了研究和分析。在此基础上,文章提出了一种典型的多子网深空探测器时间同步设计方案,采用了基于上下级子网和对等子网相结合的时间同步机制,设计了时间传输机制保证时间维护和发布的精度。经过理论分析和地面试验,文章所述时间同步系统设计方案可以在无GPS卫星支持的条件下,长时间内实现时间精度的自主维护,满足深空探测任务的器地时间同步需求。该设计方案已成功应用于某多子网深空探测器并通过了验证,可为未来深空探测任务相关设计提供参考。     

具有落点和落角约束的圆轨迹制导律

针对再入飞行器带终端约束的末制导问题,在二维平面内设计了一种新型圆轨迹制导律。首先,利用再入飞行器与目标相对几何关系对圆轨迹制导方法进行运动学分析。再通过对制导任务的分析,定义了两个圆轨迹跟踪误差变量,并基于此提出误差反馈导引方法。然后,得出闭环圆轨迹制导律,并对制导指令分量的具体含义进行了分析。最后,对该制导算法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明：此算法可用于末端大角度转向飞行,有效提高再入飞行器的作战效能;并且制导精度高,其中命中点误差和碰撞角约束误差都很小。     

航天飞机再入飞行段制导、控制系统的初步技术分析

航天飞机在空间完成飞行任务,返回地面之前必须经历再入飞行的过程,这是航天飞机整个飞行过程中的一个重要阶段。本文从航天飞机在再入飞行阶段的飞行环境对航天飞机制导、控制系统的影响来分析对航天飞机制导、控制系统的技术要求。     

小天体软着陆自主光学导航与制导方法研究

针对小天体软着陆任务自主性、实时性的需求,对软着陆小天体自主导航与制导问题 进行了研究。提出了一种利用激光测距仪和光学导航相机跟踪目标着陆点的自主导航方案, 利用测距矢量以及目标点之间的几何关系,确定着陆平面法向方向和目标点位置。分析期望 的探测器下降轨迹特点,给出了一种基于制导变量的脉冲控制制导律,通过对目标点视线与 着陆平面法向矢量之间夹角的控制,将软着陆小天体控制分解为切向控制与法向控制两部分 。最后,通过数学仿真对自主导航制导系统的性能进行了验证,结果表明该方法能够满足垂 直软着陆的任务需要,实现高精度软着陆。     

机动再入飞行器的一种预测制导方法

研究了机动再入飞行器返回地面固定目标的一种预测制导方法.利用高斯方法解算出再入过程中飞行器需要的最小速度增量,将其转换成速度坐标系下需要的气动力,通过调整其攻角以及侧滑角来达到控制飞行器的目的,从而得到了一种预测制导方法.仿真显示,此算法简单,运算速度快,具有较高的落点精度,且对大气密度的不确定性及导航信息偏差具有较强的鲁棒性.