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月球软着陆障碍检测与规避控制方法研究

冯军华  
【摘要】: 随着月球探测任务的发展,对月球软着陆安全性、精确性的要求越来越高,使探测器具备自主的障碍检测与规避能力显得更为重要。本文将针对月球软着陆的特点,对月球软着陆障碍检测与规避控制方法进行深入研究。 首先,给出一种基于激光扫描雷达的障碍检测方法。该方法利用激光扫描雷达采集的高程数据拟合着陆区地形平面,能够有效地提取着陆区的障碍并实现对着陆区坡度的估计。在安全着陆点选取方面,设计一种螺旋式的安全区域搜索策略,以提取出距离预定着陆点最近的安全着陆点。 其次,基于选定的最终着陆点,分别针对连续推力发动机、定推力发动机给出两种障碍规避制导方法。对于连续推力发动机,根据探测器的当前状态和目标状态,将制导律的求取转化为求解两点边值问题,利用多项式拟合探测器轨迹的方式获取规避制导律;对于定推力发动机,考虑到燃耗最省的性能指标,基于序列二次规划(Sequential Quadratic Programming, SQP)算法设计障碍规避制导律。 再次,为了实现给出的障碍规避制导方法,对探测器在障碍检测与规避过程中的姿态系统进行分析,给出一种考虑时间最短和燃料最省混合指标的姿态控制方法。 最后,建立月球软着陆障碍检测与规避控制仿真方案,对月球软着陆末端的障碍检测与规避控制算法进行仿真分析,用数值仿真验证本文所给出的障碍检测与规避控制方法的可行性。


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