小行星软着陆鲁棒制导方法研究

摘要

小行星软着陆制导与控制技术是保证小行星探测任务顺利实施的关键技术之一。由于小行星的形状极其不规则，使得在小行星周围的动力学环境极其复杂多变。这给近小行星软着陆制导控制律的设计带来了严峻的挑战。本学位论文以上海航天科技创新基金项目“小行星伴飞附着精确末制导技术研究”为背景，对小行星软着陆的鲁棒制导算法进行了研究。
　　首先，综合利用球谐函数法和多面体法对小行星引力场进行建模，并对近小行星的摄动力和轨道动力学进行了分析，从而确定小行星软着陆动力学模型的参数。其次，规划满足边值约束的三阶标称轨迹多项式，并分别采用二次型最优控制和基于高斯伪谱法的最优控制，设计了着陆小行星的标称轨迹制导律，仿真结果表明后者具有更高的制导精度和求解效率。再次，针对小行星引力场不规则和多项摄动力等不确定性扰动，采用滑模变结构控制并引入饱和函数，设计了鲁棒跟踪制导律，仿真结果表明该制导算法能够抵御着陆过程的不确定性扰动，并抑制抖振，具有较高的制导精度。最后，为适应探测器从较远距离着陆到较大的小行星，分别设计了适用于已知扰动边界的快速终端滑模制导律和未知扰动边界的自适应快速终端滑模制导律，仿真结果表明该制导算法具有良好的鲁棒性、末端精度高等特性，且后者对着陆过程中未知边界的扰动具有良好的适应性，能胜任下降并安全着陆到小行星的全过程。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题的来源及研究意义

1.2 小行星探测任务综述

1.3 小行星软着陆制导方法研究现状

1.4 本文的研究内容和方法

1.5 章节安排

第二章 不规则小行星的精确引力场建模

2.1 引言

2.2 小行星引力势能的确定

2.3 小行星附近轨道的摄动分析

2.4 小行星的轨道分析

2.5 本章总结

第三章 小行星软着陆的标称轨迹最优制导

3.1 引言

3.2 小行星着陆动力学模型

3.3 标称轨迹规划

3.4 最优制导律设计

3.5 仿真分析

3.6 本章总结

第四章 小行星软着陆的滑模制导算法

4.1 引言

4.2 滑模制导控制方案

4.3 小行星着陆动力学模型

4.4 滑模变结构制导律设计

4.5 仿真结果与分析

4.6 本章小结

第五章 考虑未知扰动的小行星着陆非奇异快速终端滑模制导算法

5.1 引言

5.2 小行星软着陆系统模型

5.3 小行星软着陆的制导律设计

5.4 仿真结果与分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文研究内容总结

6.2 有待进一步研究的内容

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文