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基于阻力加速度跟踪的火星大气进入制导方法研究

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目录

第1章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 着陆器大气进入运动建模

2.1 引言

2.2 坐标系定义

2.3 坐标系之间的转换关系

2.4 着陆器构型

2.5 空气动力模型

2.6 环境模型

2.7 着陆器大气进入运动方程组

2.8 进入点状态

2.9 航程的定义及计算

2.10 本章小结

第3章 参考阻力加速度剖面设计

3.1 引言

3.2 约束

3.3 参考剖面的设计

3.4 参考剖面的更新

3.5 本章小结

第4章 阻力加速度跟踪制导方法研究

4.1 引言

4.2 横向制导

4.3 无限时间状态调节器法

4.4 极点配置法

4.5 本章小结

第5章 考虑不确定性的参考阻力加速度剖面优化

5.1 引言

5.2 着陆器大气进入飞行时的协方差分析模型

5.3 线性协方差递推和蒙特卡洛仿真的比较

5.4 基于协方差分析的优化设计方法

5.5 不同设计方法的结果比较

5.6 本章小结

结论

参考文献

附录

声明

致谢

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摘要

随着人类对火星探测的深入开展,未来的火星探测任务是以实现火星表面精确着陆进行载人登火为目标。火星着陆任务中EDL(Entry, Decent, Landing)过程的技术是未来载人登火任务的关键技术之一,而大气进入段(Entry)环境最为恶劣,对着陆精度甚至能否安全着陆影响重大。本文主要围绕火星大气进入段的制导方法及轨迹设计两部分内容展开研究,主要内容包括如下:
  首先进行大气进入运动建模,介绍相关坐标系、着陆器的物理构型、气动力模型等,确定飞行过程中火星的环境模型,给出大气进入质心运动方程组,定义航程等计算参数。这是全文的基础工作,为后面的研究提供了数学模型。
  接着考虑任务中的众多约束条件,构造终端开伞允许区域并确定开伞速度大小,通过参数化设计分析的方法进行参考阻力加速度剖面设计,作为后面制导跟踪方法设计的参考曲线,最后给出修正由扰动因素引起的航程偏差的剖面在线更新方法。
  然后研究基于阻力加速度跟踪的大气进入制导方法。先通过公式推导,得到用于制导律设计的以阻力加速度为状态变量的纵向运动方程组。然后分别运用无限时间状态调节器理论和极点配置法分别设计不同的制导律,并都进行数学仿真,对这两种方法的跟踪性能、制导精度及其他指标进行分析比较。
  最后研究考虑不确定性的参考阻力加速度剖面优化方法。先建立协方差分析模型,通过比较线性协方差递推和蒙特卡洛仿真结果来说明前者对误差估计的可行性。提出以开伞点经纬度方差和最小为目标的基于协方差分析的优化方法。最后将所得到的最优剖面使用之前设计的跟踪制导律进行蒙特卡洛仿真,和前面参数化设计剖面的仿真结果进行比较分析。

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