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月球软着陆障碍检测与规避控制方法研究

作　者: 冯军华
导　师: 崔祜涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 月球软着陆 障碍检测 规避制导 姿态控制
分类号: V448.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 148次
引　用: 2次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8-9
    1.1.1 课题的来源  8
    1.1.2 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-12
    1.2.1 障碍检测研究现状  9-11
    1.2.2 障碍规避研究现状  11-12
  1.3 论文主要研究内容  12-14
第2章 月球软着陆的障碍检测方法  14-25
  2.1 基于激光雷达的障碍检测方法  14-21
    2.1.1 激光雷达基本原理  14
    2.1.2 利用激光雷达进行障碍检测的基本思想  14-15
    2.1.3 数字高程图的生成  15-17
    2.1.4 基于平面拟合的障碍检测算法  17-19
    2.1.5 仿真算例  19-21
  2.2 安全着陆区的选取  21-24
    2.2.1 安全着陆区的选取标准  21-22
    2.2.2 安全着陆区的搜索策略  22-24
    2.2.3 仿真算例  24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 月球软着陆障碍规避制导方法  25-42
  3.1 动力学模型  25-26
  3.2 针对连续推力发动机实现障碍规避的制导方法  26-30
    3.2.1 加速度模型的建立  26-27
    3.2.2 剩余时间的计算  27-28
    3.2.3 边界条件的确定  28-29
    3.2.4 仿真算例  29-30
  3.3 针对定推力发动机实现障碍规避的制导方法  30-38
    3.3.1 方案概述  30-31
    3.3.2 障碍规避过程各阶段的运动学模型  31-34
    3.3.3 基于SQP算法的参数确定  34-36
    3.3.4 算法仿真  36-38
  3.4 障碍规避制导方法的比较分析  38-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 月球软着陆障碍规避控制方法  42-54
  4.1 姿态运动模型  42-43
    4.1.1 姿态运动学模型  42-43
    4.1.2 姿态动力学模型  43
  4.2 喷气推力器相平面分析方法  43-50
    4.2.1 姿态制导律  44-45
    4.2.2 开关线设计  45-49
    4.2.3 极限环设计  49-50
  4.3 仿真算例  50-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 障碍检测与规避算法仿真及分析  54-62
  5.1 月球软着陆障碍检测与规避方案设计  54-55
  5.2 障碍检测与规避控制算法仿真  55-61
    5.2.1 仿真系统框图  55
    5.2.2 给定仿真条件  55-57
    5.2.3 仿真结果  57-61
  5.3 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制 > 航天器制导与控制 > 制导
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