基于器间测量的火星进入过程实时高精度导航

精确着陆于火星特定目标区域是未来火星着陆探测的关键技术。面向火星精确着陆需求,研究火星进入过程中基于器间测量的实时高精度导航方法具有重要意义。该方法利用火星已有的环绕探测器,在着陆器接近进入过程中,通过无线电链路获得量测信息,结合器上滤波算法实时估计着陆器的位置与速度状态。仿真结果显示该导航方法可有效提高进入过程中的导航精度。     

面向小推力变轨的天文组合自主导航方法

针对小行星探测任务对导航系统自主性强、实时性高的需求,研究了一种面向小推力变轨的天文组合自主导航方法。根据工程实践分析并建立了电推进变轨过程中的动力学模型,给出了天文测角测速组合的小行星探测自主导航方案。为克服小行星探测器推力的不确定性,提出了采用自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波(AIMM-UKF)算法,以较少的模型个数实现对导航系统状态的覆盖,克服了模型集合先验信息不准确对导航精度的影响,提高了组合导航系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,通过数学仿真对组合导航算法的性能进行了验证,结果表明本文提出的组合导航方法估计精度更高、计算消耗更小,可满足小行星探测工程任务对导航系统自主性、实时性和高精度的需求。     

火星进入、下降与着陆技术的新进展——以“火星科学实验室”为例

文章以"火星科学实验室"为例,对火星进入、下降和着陆(EDL)技术的新进展进行了分析和总结。首先,简要介绍了"火星科学实验室"任务需求和遇到的技术挑战;然后,详细说明了相应的对策以及具体技术方案,并针对当前所遇到的问题,列举了一些可能的解决方法;最后,对"火星科学实验室"发展的新技术、新方法进行了总结。     

星际着陆自主障碍检测与规避技术

 为了在具有科学价值的复杂地形区域实现安全着陆,未来的星际着陆器必须具备自主障碍检测与规避的能力。从星际着陆导航传感器技术、自主障碍检测方法和自主障碍规避技术3个方面出发,对星际着陆自主障碍检测与规避技术进行较全面的分析和总结。首先,对适用于星际着陆自主障碍检测的各种主动式和被动式传感器的工作原理、优缺点进行较深入的阐述;接着,基于不同传感器的测量信息,对各种自主障碍检测方法的障碍检测能力、优缺点进行较详细的对比分析;然后,基于多信息融合的自主障碍检测方法,对安全着陆点选择的原则进行阐述;最后,对星际着陆自主障碍规避流程和适用于星际着陆自主障碍规避的制导控制方法进行较系统的总结。     

火星EDL导航、制导与控制技术综述与展望

以成功着陆火星探测器的导航、制导与控制系统为典型代表,系统地总结了火星E DL导航、制导与控制技术的历史与现状,对各种已有技术的优缺点进行了对比分析,并以未 来的火星采样返回、载人登陆和火星基地任务为潜在工程应用目标,对下一代高精度火星ED L导航、制导与控制技术进行了比较全面的分析和展望。

     

基于脉冲初值的小推力转移轨道优化研究

针对小推力转移轨道优化过程往往忽略初值多样性的现状,研究了基于不同脉冲初值的小推力转移轨道优化问题。基于直接法的离散思想建立了小推力转移轨道优化模型,提出了基于粒子群和序列二次规划的组合优化算法,以地球1∶1共振近地小行星2016HO3交会任务为例,将3种典型的脉冲轨道作为初值设计了燃料最优小推力转移轨道。仿真结果表明:3种初值轨道优化得到了2个小推力转移发射窗口,两者燃料消耗差距不超过6%。不同的初值对小推力轨道的整体性能指标影响较小,但开关机时刻和推力方向的变化会产生较大差异,从而得到不同的最优控制曲线。     

一种考虑状态灵敏度的火星进入轨迹优化方法

面向火星精确着陆任务,文章提出了一种可以降低最优控制灵敏度的火星进入轨迹优化方法。首先,该方法充分考虑了火星探测器有限的控制能力,在标称轨迹优化性能指标中加入了不确定性因素对状态灵敏度项的影响,比较好地解决了当真实轨迹与标称轨迹相差太大时可能会出现因控制饱和而无法跟踪标称轨迹的情况。同时,在几乎不改变原来最优性能指标的同时有效地减小了大气密度、探测器状态等不确定因素对终端状态的影响,然后采用直接配点法将最优控制问题转化为非线性规划问题。最后,通过数学仿真对本文提到的方法进行验证,仿真结果表明,此方法可以有效减少控制饱和情况的出现,提高进入精度。