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火星精确着陆制导问题分析与展望

宇航学报 2014年第3期35卷 245-253页

作者：崔平远胡海静朱圣英北京理工大学宇航学院北京100081 飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京100081

美国火星科学实验室(MSL)任务成功将"好奇"号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的制导方案及制导系统的发... 详细信息

美国火星科学实验室(MSL)任务成功将"好奇"号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的制导方案及制导系统的发展趋势。以在火星高海拔、复杂地形区域定点着陆为潜在工程目标,归纳了火星EDL过程面临的制导主要问题。根据未来制导系统自主性和自适应性的技术需求及潜在工程任务制导面临的问题,提出了火星EDL制导方面需要解决的关键技术,并对其在未来工程中的应用潜力进行了展望。

关键词：火星探测精确着陆制导方案火星科学实验室

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无人机精确着陆控制技术

兵工自动化 2024年第10期43卷 79-83,96页

作者：吕健玮黄一敏魏硕南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对对象无人机着陆襟翼构型问题,对无人机精确着陆控制技术进行分析。分析浅下滑传统段油门速度控制在精确着陆性能上存在的不足;设计着陆浅下滑段的非线性仿真试验,建立不同载荷下空速与下沉率之间的动力学函数关系;在速度控制基础上... 详细信息

针对对象无人机着陆襟翼构型问题,对无人机精确着陆控制技术进行分析。分析浅下滑传统段油门速度控制在精确着陆性能上存在的不足;设计着陆浅下滑段的非线性仿真试验,建立不同载荷下空速与下沉率之间的动力学函数关系;在速度控制基础上,提出近地段末端制导控制算法;通过高置信度的半物理平台,进行典型的鲁棒性仿真测试。结果表明:该技术可将触地精度由原来的100 m提高至50 m以内,同时也提高了着陆周边性能。

关键词：固定翼无人机短距着陆精确着陆速度控制

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无人机航迹布署及精确着陆关键技术的研究

无人机航迹布署及精确着陆关键技术的研究

作者：赵远中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着无人驾驶飞行器及技术的发展,无人机在工业和生活的应用逐步推广,无人机运输将成为未来运输系统的一个重要分支。在无人机相关研究中,无人机航迹布署和无人机精确着陆关键技术是完成无人机运输的两个重要内容。近期,由于机器学习算... 详细信息

随着无人驾驶飞行器及技术的发展,无人机在工业和生活的应用逐步推广,无人机运输将成为未来运输系统的一个重要分支。在无人机相关研究中,无人机航迹布署和无人机精确着陆关键技术是完成无人机运输的两个重要内容。近期,由于机器学习算法在人工智能领域取得了突破性的研究进展,使得无人机航迹规划和精确着陆技术有了进一步提升的可能,也带来了广阔的研究空间。本文针对这两个方面进行了探索,主要从改进传统航迹规划算法和基于图像的降落引导两个方面展开研究。无人机航迹布署的问题类似于求解旅行商问题,引入旅行商寻径的思想,可以找寻航迹最短的路径,将寻址过程转化为加权哈密尔顿图求解的过程,利用蚁群算法计算出最优的航迹。针对传统的蚁群算法,提出了基于牛顿冷却法的标志素改进方法,仿真和实验的结果证明,未改进算法的航迹长度为1359.8m,改进的蚁群算法最优航迹长度为1337.9m,改进的蚁群算法比传统蚁群算法得到的解更优,寻址更符合实际应用,能够有效解决无人机航迹布署问题。目前,无人机着陆的引导主要依靠GPS和北斗导航定位,在无GPS或北斗导航定位情况下,需要重新建立参考系进行位置的标定。无人机视觉定位是辅助无人机着陆的一种方法,首先基于尺度不变特征变换找出图像信息与实际地理位置特征点,然后根据特征匹配找到着陆点附近的位置。针对无人机着陆姿态的控制,提出了利用图像边缘检测特征位置轮廓,并根据图像形心求距和方位角的策略,计算出无人机姿态调整参数,进一步由地面站调用这些参数控制无人机向着陆点移动。实验结果表明,该方法欧式误差均值为5.4cm,横纵坐标误差分别在3.2cm和3.7cm,在无GPS或北斗导航的情况下,可以实现无人机精确着陆。面向无人机运输过程中的航迹规划和精确着陆的关键技术进行了研究,针对具体的问题提出了相应的改进方法。通过实际飞行实验表明,本文提出的方法能够在实际中很好地应用,较之前的传统方法有更好的优化结果。

关键词：无人机航迹布署蚁群算法精确着陆图像处理

基于陆标图像的火星精确着陆自主导航方法研究

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深空探测学报 2016年第2期3卷 150-155页

作者：徐超王大轶黄翔宇北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

针对火星精确着陆自主导航高精度的要求,提出一种仅利用火星地表陆标图像信息的自主导航方法。该方法考虑了图像拍摄到图像测量信息可用之间的时间延迟,将成像时刻探测器位置和姿态作为系统状态,利用其与探测器当前状态之间的相关性,并... 详细信息

针对火星精确着陆自主导航高精度的要求,提出一种仅利用火星地表陆标图像信息的自主导航方法。该方法考虑了图像拍摄到图像测量信息可用之间的时间延迟,将成像时刻探测器位置和姿态作为系统状态,利用其与探测器当前状态之间的相关性,并通过迭代扩展卡尔曼滤波算法实现对探测器当前位置、速度和姿态的估计。在该导航方法下,重点研究了导航陆标位置误差对导航精度的影响。最后,通过数学仿真验证了所给出的自主导航方法,并分析了导航陆标位置误差对导航精度的影响。

关键词：陆标图像精确着陆自主导航迭代扩展卡尔曼滤波

基于改进预测滤波的小天体精确着陆自主导航方法研究

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深空探测学报 2019年第3期6卷 284-292页

作者：冀红霞宗红黄翔宇北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

针对小天体形状不规则、质量不均匀导致模型建立不准确的问题,研究基于改进的预测滤波实现自主着陆过程中精确导航的关键技术。在导航算法设计中,首先建立了小天体引力场模型,并建立了导航系统运动学模型,然后建立了基于惯性测量单元、... 详细信息

针对小天体形状不规则、质量不均匀导致模型建立不准确的问题,研究基于改进的预测滤波实现自主着陆过程中精确导航的关键技术。在导航算法设计中,首先建立了小天体引力场模型,并建立了导航系统运动学模型,然后建立了基于惯性测量单元、光学相机及测速敏感器多信息融合的测量模型,结合扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)算法对非线性预测滤波(Nonlinear Predictive Filter, NPF)算法进行改进,在该导航算法下,对系统的可观性进行了分析。仿真结果表明:在引力不确定性引起的模型不准确度下,该方法可实时估计模型误差,在与EKF导航精度比较的基础上验证了改进的NPF算法的有效性和精确性。

关键词：非线性预测滤波精确着陆模型误差状态估计

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无人机精确着陆控制技术研究

机械制造与自动化 2024年第3期53卷 249-254页

作者：郑金豪黄一敏王姝琪南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

固定翼无人机着陆性能是限制其发展的重要因素,提升其着陆性能有重要的现实意义。聚焦于着陆中的浅下滑段,对固定油门的传统着陆控制方法进行分析并指出其存在的缺陷。通过姿态、速度和下沉率关系引出过程速度控制和末端速度控制的必要... 详细信息

固定翼无人机着陆性能是限制其发展的重要因素,提升其着陆性能有重要的现实意义。聚焦于着陆中的浅下滑段,对固定油门的传统着陆控制方法进行分析并指出其存在的缺陷。通过姿态、速度和下沉率关系引出过程速度控制和末端速度控制的必要性,提出油门速度闭环控制方案。该方案解决了触地姿态安全问题,大大提高了着陆的精度。

关键词：固定翼无人机精确着陆姿态敏感性速度控制

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基于高斯伪谱法的火星精确着陆轨迹优化方法研究

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深空探测研究 2011年第2期9卷 1-7页

作者：任高峰朱圣英崔平远栾恩杰哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心北京理工大学深空探测技术研究所国防科技工业局科技委

针对火星精确着陆轨迹优化问题，研究了一种基于高斯伪谱法的火星精确着陆轨迹优化方法。首先，对火星着陆的特点进行分析，提出火星着陆轨迹优化所需要满足的初始条件约束、路径约束、终点约束及优化问题的性能指标；其次，利用高斯伪... 详细信息

针对火星精确着陆轨迹优化问题，研究了一种基于高斯伪谱法的火星精确着陆轨迹优化方法。首先，对火星着陆的特点进行分析，提出火星着陆轨迹优化所需要满足的初始条件约束、路径约束、终点约束及优化问题的性能指标；其次，利用高斯伪谱法的配点方案及拉格朗日差值多项式将着陆轨迹的优化问题转化为一个多约束的参数优化问题；然后通过SQP算法对问题进行求解，给出了一种可达区域计算策略，并利用本文所提算法对可达区域进行了分析，在此基础上对火星精确着陆最优轨迹进行了设计；最后给出了一个仿真算例对本文所提算法进行数值验证。

关键词：高斯伪谱法火星精确着陆 Galerkin原则

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基于燃料最优解的火星精确着陆制导策略研究

深空探测学报 2015年第1期2卷 61-68页

作者：郭延宁马广富曾添一崔祜涛哈尔滨工业大学控制科学与工程系哈尔滨150001 哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心哈尔滨150001

针对火星着陆任务高实时性和低燃耗的需求,提出了一种新的基于开环燃料最优解的精确着陆制导策略。通过分析开环燃料最优解特性,设计了利用发动机推力幅值切换处的状态作为路径点结合最优线性制导律进行分段制导的制导策略,在无需存储... 详细信息

针对火星着陆任务高实时性和低燃耗的需求,提出了一种新的基于开环燃料最优解的精确着陆制导策略。通过分析开环燃料最优解特性,设计了利用发动机推力幅值切换处的状态作为路径点结合最优线性制导律进行分段制导的制导策略,在无需存储全部燃料最优轨迹的前提下,实现具有近燃料最优特性的着陆任务,节省了大量的存储空间。同时详细讨论了包括全局燃料最优解获取、路径点提取、路径点拟合等一系列关键问题,并通过典型火星着陆场景的大量数学仿真验证了所提出策略的可行性和优越性。

关键词：精确着陆动力下降路径点最优制导轨迹跟踪

火星着陆器动力下降段燃料最优精确着陆轨迹计算与分析

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深空探测研究 2012年第4期10卷 1-7页

作者：郭延宁王强李传江哈尔滨工业大学控制科学与工程系上海卫星工程研究所

为了利用有限燃料成功完成火星精确着陆任务，本文研究了考虑各种约束的动力下降段燃料最优轨迹优化问题，并进而分析了最优轨迹的特点。针对变推力发动机情况，首先基于推力器幅值、火星地表碰撞、下降倾角等因素描述了动力下降段的燃... 详细信息

为了利用有限燃料成功完成火星精确着陆任务，本文研究了考虑各种约束的动力下降段燃料最优轨迹优化问题，并进而分析了最优轨迹的特点。针对变推力发动机情况，首先基于推力器幅值、火星地表碰撞、下降倾角等因素描述了动力下降段的燃料最优精确着陆问题，并给出了相应的等效最优化问题；接着将等效最优化问题进行离散化，并最终转换为考虑线性约束和二阶锥约束的最优化问题。最后，计算了典型着陆器燃料最优精确着陆轨迹。通过对轨迹分布的研究发现，最优轨迹可以分为S型和C型两种，且最终均收敛于与探测器初始条件相关的圆锥体内，该结论对于上注路径点的选取以及着陆器自主制导方案的选取都具有重要的参考价值。

关键词：火星探测精确着陆动力下降段制导律燃料最优