《火星著陸多約束軌跡最佳化與魯棒制導方法研究》是依託北京理工大學，由高艾擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：火星著陸多約束軌跡最佳化與魯棒制導方法研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：高艾
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
行星探測是當前航天技術發展的重要領域之一。我國在探月成功之後，火星將成為下一個重點探測目標。本項目將圍繞火星著陸任務面臨的難點問題，針對工程解決方法和理論研究中存在的不足，探索創新性著陸軌跡最佳化與魯棒制導理論與方法。基於智慧型最佳化理論，研究高海拔著陸火星大氣進入軌跡多約束耦合規劃方法，對傳統解空間最佳化方法進行擴充；將導航估計不確定性納入制導設計中，提出基於可觀測性約束的火星著陸軌跡隨機最佳化制導方法，為導航制導系統一體化設計提供新思路；基於隨機Liouville方程分析高維非線性動力學不確定性傳播機理，獲得低升阻比探測器火星精確著陸魯棒自適應制導控制策略，為我國未來全面開展火星探測活動提供著陸軌跡規劃與制導方面的理論基礎與技術儲備。
結題摘要
項目以未來火星探測任務對探測器軌跡規劃與制導技術的需求為背景，完成了對高海拔著陸火星大氣進入軌跡多約束耦合規劃方法、基於可觀測性約束的火星著陸軌跡隨機最佳化制導方法、低升阻比探測器火星精確著陸魯棒自適應制導方法的研究。提出了基於混沌多項式的火星大氣進入狀態不確定性傳播規律分析方法，解決了火星探測非線性動力學系統的不確定度快速計算與分析問題；首次在火星大氣進入走廊設計中考慮不確定因素的影響，針對火星大氣進入段存在的大氣密度、飛行器升阻比和彈道係數的不確定性，提出了基於能控交/並集的火星大氣進入走廊最佳化設計方法，為火星進入軌跡最佳化設計提供了初始進入走廊的最佳化選取準則；基於火星大氣進入狀態不確定性傳播規律的分析結果，同時考慮動力學約束、邊界約束、路徑約束等制約條件，提出了火星大氣進入軌跡多約束魯棒規劃方法，解決了火星稀薄大氣高海拔著陸軌跡多約束規劃問題，對解決強非線性多約束條件下的系統解空間最佳化問題的傳統思想和方法進行了有益擴充；在此基礎上，首次將可觀測性概念引入火星進入軌跡最佳化設計中，針對進入軌跡形狀對導航觀測性能的影響，在軌跡最佳化過程中考慮導航可觀測度，提出了基於可觀測性約束的火星著陸軌跡最佳化設計方法，解決了觀測能力受限導致導航制導整體性能退化問題，為火星著陸導航與制導一體化設計提供新的思路和手段；並圍繞大氣進入預測制導律實現著陸的精確性與安全性問題，針對火星大氣進入過程存在對熱流、過載等路徑約束的要求，採用規劃路徑點方法在保證對進入過程路徑約束滿足的同時，提高了制導指令的解算效率，為小升力探測器制導控制系統提供新的設計思路和方法。進而形成了火星著陸任務複雜約束下可行解空間的全局尋優方法、弱觀測軌跡隨機最佳化制導方法與不確定攝動軌跡魯棒自適應制導控制方法，為火星精確著陸制導控制問題提供了新穎的、更為有效的思路和手段，為工程實踐中保證火星著陸控制的順利實施提供了理論基礎與技術支撐。
