基于模型預(yù)測和擾動觀測的新型火星探測器大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法研究中期報(bào)告

基于模型預(yù)測和擾動觀測的新型火星探測器大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法研究中期報(bào)告目錄一、研究背景和意義二、研究現(xiàn)狀和存在問題三、研究內(nèi)容與方法四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點(diǎn)五、進(jìn)度安排和預(yù)算使用計(jì)劃六、研究團(tuán)隊(duì)和分工七、參考文獻(xiàn)一、研究背景和意義隨著火星探測任務(wù)的逐步深入，探測器進(jìn)入大氣層的過程也變得越來越重要。在這個過程中，需要對探測器進(jìn)行精確的制導(dǎo)和控制，以保證安全著陸和數(shù)據(jù)采集。同時，探測器的性能和數(shù)據(jù)采集能力也需要在大氣進(jìn)入段得到驗(yàn)證和評估。傳統(tǒng)的大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法主要基于數(shù)學(xué)模型的預(yù)測和地面觀測的反饋控制，存在精度不高、響應(yīng)滯后等問題。針對這些問題，本研究提出了基于模型預(yù)測和擾動觀測的新型火星探測器大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法。二、研究現(xiàn)狀和存在問題當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者對大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。其中，數(shù)學(xué)模型預(yù)測法是常用的控制方法之一，可以通過計(jì)算機(jī)模擬火星大氣層的特性和探測器的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測探測器的運(yùn)行軌跡和所需的制導(dǎo)參數(shù)。此外，還有基于地面觀測的反饋控制方法，可以通過給探測器發(fā)送制導(dǎo)指令來實(shí)現(xiàn)控制。雖然這些方法都存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)，但是它們都存在精度不高、響應(yīng)滯后等問題。針對上述問題，本研究提出了一種基于模型預(yù)測和擾動觀測的新型控制方法。這種方法可以充分利用火星大氣層的特性和探測器的反饋控制信息，有效地提高控制精度和響應(yīng)速度，同時還可以提高探測器的運(yùn)行效率和數(shù)據(jù)采集能力。三、研究內(nèi)容與方法本研究的研究內(nèi)容包括以下幾個方面：1、建立火星探測器大氣進(jìn)入數(shù)學(xué)模型，預(yù)測探測器的運(yùn)行軌跡和所需的制導(dǎo)參數(shù)；2、采用擾動觀測方法實(shí)時測量探測器的反饋控制信息，對模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正；3、根據(jù)修正后的預(yù)測結(jié)果，生成探測器的制導(dǎo)指令，實(shí)現(xiàn)對探測器的精確控制。本研究采用的方法主要包括以下幾個方面：1、利用Matlab和Simulink等軟件建立火星探測器大氣進(jìn)入模型，預(yù)測探測器的運(yùn)行軌跡和所需的制導(dǎo)參數(shù)；2、采用擾動觀測法并結(jié)合濾波算法來實(shí)現(xiàn)對探測器運(yùn)動參數(shù)的實(shí)時測量和修正；3、根據(jù)修正后的預(yù)測結(jié)果，采用自適應(yīng)控制和優(yōu)化控制方法來生成制導(dǎo)指令，實(shí)現(xiàn)對探測器的精確控制。四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點(diǎn)本研究的預(yù)期成果和創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、建立了基于模型預(yù)測和擾動觀測的新型探測器大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法，可以有效提高探測器的控制精度和響應(yīng)速度；2、采用自適應(yīng)控制和優(yōu)化控制方法，能夠自動調(diào)整控制參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對探測器的快速定位和精確控制；3、結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對所提出的控制方法進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，進(jìn)一步提高控制算法的魯棒性和適應(yīng)性。五、進(jìn)度安排和預(yù)算使用計(jì)劃本研究計(jì)劃于2021年開始，預(yù)計(jì)2023年完成。具體進(jìn)度安排如下：2021年1月-2021年12月：文獻(xiàn)調(diào)研和研究方案確定；2022年1月-2022年12月：模型建立和數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)；2023年1月-2023年12月：數(shù)據(jù)分析和算法優(yōu)化，撰寫論文和發(fā)表成果。預(yù)算使用計(jì)劃包括人員費(fèi)用、材料費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用等，具體預(yù)算如下：人員費(fèi)用：200萬；材料費(fèi)用：50萬；設(shè)備費(fèi)用：100萬。六、研究團(tuán)隊(duì)和分工本研究團(tuán)隊(duì)由主持人、副主持人和研究人員組成。研究團(tuán)隊(duì)的詳細(xì)情況和分工如下：主持人：某某，負(fù)責(zé)研究方案的制定和研究任務(wù)的分配，主持研究工作的進(jìn)展和成果的評估。副主持人：某某，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析，協(xié)助主持人完成項(xiàng)目的進(jìn)展和成果的評估。研究人員：某某、某某、某某等，負(fù)責(zé)研究中的具體任務(wù)實(shí)施和數(shù)據(jù)采集分析等工作。七、參考文獻(xiàn)[1]陳志鵬.火星大氣層探測器進(jìn)入段的飛行動力學(xué)研究[J].中國航天,2006(10):21-26.[2]田正宏,解佳.基于數(shù)字濾波的火星探測器制導(dǎo)控制研究[J].火箭推