星際軟著陸動力下降線上軌跡最佳化與最優跟蹤制導研究

《星際軟著陸動力下降線上軌跡最佳化與最優跟蹤制導研究》是依託哈爾濱工業大學，由郭延寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：星際軟著陸動力下降線上軌跡最佳化與最優跟蹤制導研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭延寧

項目摘要

動力下降段制導系統是決定星際軟著陸任務成敗的重要保障。傳統制導律存在燃耗性能低、線上最佳化能力差、依賴精確模型和自主障礙迴避能力不足等缺點，成為制約著陸系統高精度、高可靠性和自主制導技術等發展的主要瓶頸。本項目將圍繞著陸系統參數線上估計、最優著陸軌跡快速生成、燃料高效跟蹤制導等前沿問題展開研究。具體內容包括：考慮發動機安裝特性，提出燃料最優精確著陸軌跡最佳化新方法，揭示關鍵參量對最優軌跡分布特徵的影響機理；針對系統參數攝動及故障，綜合非線性系統參數辨識和基於模型的故障診斷方法，形成著陸器線上參數估計理論；考慮強實時性、高自主性需求，提出基於最優軌跡特徵的快速軌跡生成和局部最佳化算法；建立基於快速軌跡預測的障礙碰撞評估機制，提出具有自主最佳化和障礙迴避能力的最優跟蹤制導策略。本項目旨在構建具備線上自主決策能力的新型燃料高效著陸制導系統，研究成果將為我國未來月球及火星軟著陸任務提供理論和關鍵技術支持。

結題摘要

行星的著陸探測是人們開展行星探測最重要的形式之一，也是未來載人探測任務的重要基礎。動力下降段制導系統是決定星際軟著陸任務成敗的重要保障。傳統制導律存在燃耗性能低、線上最佳化能力差、依賴精確模型和自主障礙迴避能力不足等缺點，成為制約著陸系統高精度、高可靠性和自主制導技術等發展的主要瓶頸。 本項目將圍繞星際著陸系統的障礙規避約束、狀態約束、控制約束、燃料高效等需求展開研究。主要完成的研究內容包括：1、考慮發動機安裝特性，提出燃料最優精確著陸軌跡最佳化新方法，揭示關鍵參量對最優軌跡分布特徵的影響機理；2、考慮強實時性、高自主性需求，提出基於多冪次滑模趨近律的燃料高效軌跡跟蹤制導策略；3、 針對火星著陸任務中存在著陸器位置、速度及最大推力等多種約束的問題，提出了基於模型預測控制的多約束火星著陸器制導方案，並設計了狀態觀測器實現對著陸器速度估計，設計了干擾觀測器實現對著陸過程干擾進行估計。在本基金的資助下，項目組在國內外權威期刊和會議上共發表論文20篇，其中SCI 檢索4篇，EI檢索12篇。論文發表在JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING、ADVANCES IN SPACE RESEARCH和自動化學報、深空探測學報等國內外優秀期刊上。在項目的資助下，項目團隊成員赴國外參加國際權威會議5次；直接培養博士和碩士研究生4名。本項目旨在構建具備線上自主決策能力的新型燃料高效著陸制導系統，研究成果將為我國未來月球及火星軟著陸、小行星著陸和載人行星探測任務提供理論和關鍵技術支持。