一种新型火星定点着陆轨迹快速优化方法

作者：任高峰; 崔平远; 崔祜涛; 栾恩杰

来源：宇航学报, 2013, (04): 464-472.

• hp-Radau伪谱法
• 火星定点着陆
• 轨迹优化
• 解析雅克比矩阵 hp-Radau pseudospectral method
• Mars pin-point landing
• Trajectory optimization
• Analytical Jacbian matrix

针对火星定点着陆任务大气进入段的轨迹规划问题,给出了一种基于hp-Radau伪谱法的快速优化算法。综合考虑大气进入段的动力学约束、边值约束、以及着陆器的机动能力约束和安全性约束,结合hp-Radau伪谱法的配点特性,将轨迹优化问题转换成一个大规模多约束参数优化问题,给出了大气进入段轨迹优化问题的求解框架;为了提高算法的计算效率,给出了参数优化过程中雅克比矩阵的解析表达式;并通过数学仿真对本文算法进行了数值验证,结果表明:(1)hp-Radau伪谱法可有效应用于火星着陆大气进入段的轨迹规划问题,并且比Radau伪谱法具有更强的针对性和更高的计算效率;(2)与数值差分方法求解雅克比矩阵相比,引入雅克比矩阵的解析表达式能够将算法的计算效率和耗时稳定性大大提高,分别为58.75%和85.58%。

• 单位
  哈尔滨工业大学; 空; 北京理工大学