基于景象匹配的月球探测器精确软着陆轨道研究

摘要

月球软着陆轨道研究是我国开展登月活动所必须先期解决的关键问题之一。针对这一问题，结合工程实际，本文提出了基于景象匹配技术并采用分段控制来实现对月面某已知点进行精确软着陆的方法。
　　文中给出了极坐标形式的飞行器的二体模型。推导了月心惯性坐标系中的直角坐标形式的径向减速段和横向制导飞行段模型，并且建立了基于二体问题的直角坐标形式飞行器轨道动力学模型。所推导的动力学方程是软着陆轨道研究的基础。
　　完成了推力幅值恒定的登月飞行器燃料最优软着陆轨道的研究，通过最优控制的研究得到燃料最优轨道的飞行状态和控制变量的仿真结果。为其后进行的不同软着陆方案对比研究提供了参考。
　　进行了登月飞行器精确制导软着陆轨道的研究，提出了在景象匹配基础上通过分段控制的方法进行精确软着陆飞行，并满足不同降落段约束条件的精确软着陆控制方案。
　　文中完成了景象匹配制导精确软着陆轨道的飞行状态和控制变量的仿真。并将分段控制方法与不同飞行器软着陆方法进行比较，提出了对软着陆系统性能改进的建议。

目录

基于景象匹配的月球探测器精确软着陆轨道研究

STUDY OF LUNAR PROBE ACCURACYSOFT-LANDING TRAJECTORY BASEDON SCENE MATCHING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究的背景

1.1.3 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究状况及分析

1.2.1 国外发展状况及分析

1.2.2 国内发展状况及分析

1.2.3 曾经实现和近年来研究的月球软着陆技术

1.3 本课题主要研究内容

第2章 软着陆轨道动力学模型

2.1 燃料最优软着陆轨道动力学模型

2.2 精确软着路轨道动力学模型

2.2.1 横向减速段动力学模型的建立

2.2.2 径向减速段动力学模型的建立

2.2.3 横向制导飞行段动力学模型的建立

2.3 本章小结

第3章 登月飞行器燃料最优软着陆方案研究

3.1 燃料最省轨道的最优控制方法

3.1.1 求解最优控制

3.1.2 最优软着陆轨道应满足的条件

3.1.3 最优解的计算方法

3.2 仿真结果

3.3 本章小结

第4章 景象匹配制导精确软着陆控制方案研究

4.1 任务概述

4.1.1 软着陆过程概述

4.1.2 景象匹配方法

4.2 由4个控制阶段组成的精确软着陆方案

4.3 精确软着陆分阶段控制方法研究

4.3.1 H0-H1横向主减速过程

4.3.2 H1-H2径向减速过程(将径向速度减小到满足相机开机要求)

4.3.3 H2-H3制导段飞行过程(横向开机飞行到目标点上空 )

4.3.4 H3-H4垂直降落月面过程

4.4 本章小结

第5章 飞行器精确软着陆轨道数值分析及方案比较

5.1 精确软着陆轨道仿真结果

5.2 软着陆方案对比

5.3 本章小结

结论

参考文献

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攻读学位期间发表的学术论文

致谢