一种深空探测返回过程的预测校正制导方法

摘要

一种深空探测返回过程的预测校正制导方法，步骤为：（1）确定所述深空探测返回过程轨迹预测采用的倾侧角剖面；（2）迭代计算当前点倾侧角的幅值|σ₀|；（3）将返回器的跳跃式再入飞行轨迹分为以下几个阶段：初始再入段、首次再入下降段、首次再入上升段、开普勒段和最终再入段，并且确定返回器的最终制导律为：当返回器处于初始再入段、首次再入下降段、首次再入上升段或最终再入段时，使用步骤（2）确定的所述当前点倾侧角σ₀的幅值|σ₀|进行制导；当返回器处于开普勒段时，使用|σ₀|=180°进行制导，从而完成所述深空探测返回过程的预测校正制导。本发明针对深空探测返回过程，在轨迹的开普勒段设计制导律实现过载抑制，以保证返回器安全、精确着陆。

主权项

1.一种深空探测返回过程的预测校正制导方法，其特征在于步骤如下：（1）确定所述深空探测返回过程轨迹预测采用的倾侧角剖面；所述幅值剖面的数学表达式为$\left\{\begin{array}{c}\left|\sigma \right|=\frac{({\sigma }_0-{\sigma }_f)(S_{\mathrm{togo}}-S_{\mathrm{thres}})}{S_{\mathrm{togo}}^0-S_{\mathrm{thres}}}+{\sigma }_f,S_{\mathrm{togo}}\ge S_{\mathrm{thres}}\\ \left|\sigma \right|={\sigma }_f,S_{\mathrm{togo}}<S_{\mathrm{thres}}\end{array}\right.;$其中为总的目标飞行航程，S_togo为当前点的剩余航程，σ_f为70°，S_thres=2000km，σ₀为当前点倾侧角，σ为倾侧角；（2）迭代计算当前点倾侧角σ₀的幅值，具体为：（2.1）确定考虑地球自转影响的三自由度无量纲再入动力学方程为：其中，ρ为大气密度，r为地心距，r=h+R_e，h为跳跃高度，h_f为开伞高度，V为返回器相对地球速度；地球平均半径R_e为6378.135km，海平面重力加速度g₀为9.81m/s²；θ为经度，φ为纬度，γ为飞行路径角，即飞行速度矢量与当地水平方向的夹角；ψ为速度方位角，即飞行速度矢量与当地正北方向的夹角，顺时针为正；σ为倾侧角，从返回器内部来看，右侧为正；D，L分别为无量纲化的气动阻力和气动升力；C_D，C_L分别为阻力系数和升力系数；返回器最大横截面积为S_ref，质量为m；参数上方的“.”代表一阶导数；S为飞行航程；Ω为地球自转角速度；r和V为无量纲值；（2.2）采用步骤（1）确定的倾侧角剖面，数值积分步骤（2.1）确定的再入动力学方程，直到开伞点高度h_f=10km，得到飞行航程S的积分终值：预测航程S_f，且S_f是关于当前点倾侧角σ₀的函数；（2.3）将预测航程S_f与当前点的剩余航程S_togo进行比较，若预测航程S_f的偏差S_miss=S_togo-S_f(σ₀)满足预设的着陆精度要求，即以|σ₀|作为当前点倾侧角幅值；若航程偏差S_miss不满足预设的着陆精度要求，则需要更新当前倾侧角幅值|σ₀|；（3）将返回器的跳跃式再入飞行轨迹分为以下几个阶段：初始再入段、首次再入下降段、首次再入上升段、开普勒段和最终再入段，并且确定返回器的最终制导律为：当返回器处于初始再入段、首次再入下降段、首次再入上升段或最终再入段时，使用步骤（2）确定的当前点倾侧角σ₀的幅值|σ₀|进行制导；当返回器处于开普勒段时，使用|σ₀|=180°进行制导，从而完成所述深空探测返回过程的预测校正制导。