嫦娥三號(hào)的分階段優(yōu)化方法

1、嫦娥三號(hào)的分階段優(yōu)化方法【摘 要】根據(jù)資料顯示，嫦娥三號(hào)衛(wèi)星在登陸月球時(shí)，軟著陸過(guò)程分為階段著陸軌道準(zhǔn)備、主減速段、快速調(diào)整段、粗避障段、精避障段、緩速下降階段等6個(gè)階段。在快速調(diào)整及以后的四個(gè)階段中，本文提出了詳細(xì)的優(yōu)化方法?！娟P(guān)鍵詞】標(biāo)準(zhǔn)差矩陣；控制策略；標(biāo)準(zhǔn)差1.問(wèn)題重述快速調(diào)整階段用于調(diào)整姿態(tài)，將程度速度降為零；粗避障階段啟動(dòng)姿態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)，初步避開(kāi)大隕石坑；精避障段初步避開(kāi)月面障礙物；緩速下降階段在著陸點(diǎn)的上方進(jìn)展。目的：總時(shí)間最短，燃料最省。2.問(wèn)題分析這是一個(gè)以燃料最省時(shí)間最短為目的的非線性規(guī)劃問(wèn)題，采用SQP算法，建立離散軌道模型。3.快速調(diào)整階段首先將目的著陸軌道進(jìn)展離散化，

2、整個(gè)軌道可以分為N個(gè)小段，各小段之間通過(guò)線性插值的方法確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)推力的方向角：各離散點(diǎn)的時(shí)間序列滿足每一段的時(shí)間依次增大。每一秒時(shí)刻的推力方向夾角隨著時(shí)間均勻增大。得到最優(yōu)的時(shí)間為30s，燃料的消耗量為31.69kg。4.粗避障階段當(dāng)某一塊區(qū)域存在隕石坑或不平坦的時(shí)候，所有高程值與均值的差都較大，所得平方差較大，那么我們可以通過(guò)比較該塊區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判斷在哪一個(gè)區(qū)域著陸較平安。我們將每一個(gè)小矩形塊的標(biāo)準(zhǔn)差導(dǎo)出生成一個(gè)23×23的標(biāo)準(zhǔn)差矩陣M2。通過(guò)比照高程圖上平坦區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)差的大小，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)差小于2的都是較平坦區(qū)域，所以我們令標(biāo)準(zhǔn)差小于二的矩形塊為平坦區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)差大于二的區(qū)域?yàn)椴黄教?/p>

3、區(qū)域。為了使嫦娥三號(hào)快速尋找到較平坦區(qū)域并能在程度位移較小的前提下著陸，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)環(huán)狀搜索方法：即先搜索正下方或正下方最小的一個(gè)環(huán)形區(qū)域，再逐步向外圈搜索，當(dāng)找到一個(gè)適宜的區(qū)域時(shí)，判斷它的周圍一塊較大的區(qū)域是否較為平坦，此時(shí)，較大的區(qū)域的特征值可以使用該區(qū)域內(nèi)每一塊小區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)差的平均值。當(dāng)周圍區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)差較小，我們認(rèn)為該塊區(qū)域滿足探究要求，即著陸后探月器活動(dòng)區(qū)域較大。之所以要逐步向外圈搜索，是因?yàn)楫?dāng)滿足區(qū)域較平坦的要求的同時(shí)，環(huán)形搜索可以找到離飛行器程度間隔 最小的區(qū)域，在23×23塊小矩陣上搜索結(jié)果是嫦娥三號(hào)懸停方向正下方地勢(shì)較為平坦，且程度間隔 最短，即嫦娥三號(hào)豎直下落即可。

4、5.第四階段：精避障階段速度、燃油、時(shí)間分析：6.精避障下降過(guò)程中豎直方向控制7.精避障下降過(guò)程中程度方向8.第五階段：緩速下降模型根本同粗避障階段的豎直方向的模型，高程差改成26m，得到典型結(jié)果：歷時(shí)22s，使用恒推力1935N，燃料使用14.5kg。該階段要求飛行器在間隔 月面4m處與月球同步，由于我們?cè)诖直苷铣跏茧A段使飛行器有了自西向東的速度v=3.323m/s，該方向無(wú)阻力無(wú)動(dòng)力，所以在之后一直保持此速度，該速度值與月球在該緯度自轉(zhuǎn)速度相近，即從粗避障階段開(kāi)始，飛行器都與月球同步，這樣防止因月球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致飛行器在對(duì)月面成像后，飛行器與月面形成程度間隔 差，使飛行器避障變得困難。所以在緩速下降階段，飛行器與月球一直保持