嫦娥三號的分階段優(yōu)化方法

1、嫦娥三號的分階段優(yōu)化方法【摘 要】根據(jù)資料顯示，嫦娥三號衛(wèi)星在登陸月球時，軟著陸過程分為階段著陸軌道準備、主減速段、快速調整段、粗避障段、精避障段、緩速下降階段等6個階段。在快速調整及以后的四個階段中，本文提出了詳細的優(yōu)化方法?！娟P鍵詞】標準差矩陣；控制策略；標準差1.問題重述快速調整階段用于調整姿態(tài)，將程度速度降為零；粗避障階段啟動姿態(tài)調整發(fā)動機，初步避開大隕石坑；精避障段初步避開月面障礙物；緩速下降階段在著陸點的上方進展。目的：總時間最短，燃料最省。2.問題分析這是一個以燃料最省時間最短為目的的非線性規(guī)劃問題，采用SQP算法，建立離散軌道模型。3.快速調整階段首先將目的著陸軌道進展離散化，

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

3、區(qū)域。為了使嫦娥三號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，我們設計了一個環(huán)狀搜索方法：即先搜索正下方或正下方最小的一個環(huán)形區(qū)域，再逐步向外圈搜索，當找到一個適宜的區(qū)域時，判斷它的周圍一塊較大的區(qū)域是否較為平坦，此時，較大的區(qū)域的特征值可以使用該區(qū)域內每一塊小區(qū)域的標準差的平均值。當周圍區(qū)域標準差較小，我們認為該塊區(qū)域滿足探究要求，即著陸后探月器活動區(qū)域較大。之所以要逐步向外圈搜索，是因為當滿足區(qū)域較平坦的要求的同時，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塊小矩陣上搜索結果是嫦娥三號懸停方向正下方地勢較為平坦，且程度間隔 最短，即嫦娥三號豎直下落即可。

4、5.第四階段：精避障階段速度、燃油、時間分析：6.精避障下降過程中豎直方向控制7.精避障下降過程中程度方向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，得到典型結果：歷時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，由于我們在粗避障初始階段使飛行器有了自西向東的速度v=3.323m/s，該方向無阻力無動力，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速度相近，即從粗避障階段開始，飛行器都與月球同步，這樣防止因月球自轉導致飛行器在對月面成像后，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