一种火星EDL过程高容错事件触发方法与流程

一种火星edl过程高容错事件触发方法
技术领域
1.本发明涉及一种火星edl过程高容错事件触发方法，属于深空探测技术领域。


背景技术：

2.深空探测是当今和未来航天领域的前沿之一，也是21世纪人类对宇宙探索的热点和焦点。而火星作为距离地球最近的行星之一，收到了各国科学家们的广泛关注。由于火星具有许多和地球类似的特点，研究火星的磁场、大气、气候以及地质、地貌等，对于研究火星的形成和演化，探索生命的起源等具有重大的科学意义。
3.火星探测任务成功的关键是顺利实施进入、下降和着陆(edl)过程，实现火星表面的软着陆。该过程关键事件一般包括展开降落伞、抛大底、抛背罩等，我国天问一号探测任务为调整开伞时刻的攻角为零还设计了展开配平翼的动作。国外已成功实施的火星探测任务中，开伞的触发条件都只是单重设计，比如只采用动压(如火星探路者)或者马赫数(如好奇号)作为触发条件。实际上，edl过程中这些动作环环相扣、不可逆，且各动作约束严苛，比如展开配平翼的动压约束；开伞时的高度、马赫数及动压约束，抛大底的马赫数约束等。gnc分系统需要在复杂不确知环境下实现完全自主地决策和控制，事件触发条件的设计可靠性、容错性是关键。若单纯依靠惯导马赫数或动压作为触发条件，受初始轨道和初始姿态精度影响较大，也受惯性敏感器误差影响较大，如果出现惯性导航速度误差较大时，事件被触发时很可能各约束条件不能被满足，将严重影响着陆的安全。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种火星edl过程高容错事件触发方法，利用轴向视速度增量累加值作为备份触发手段，可减小初始导航误差的影响，增强事件触发的可靠性，提高了着陆任务的成功率。
5.本发明的技术解决方案是：一种火星edl过程高容错事件触发方法，包括如下步骤：
6.确定火星edl过程的关键事件；
7.确定各关键事件的主触发条件和备份触发条件；
8.火星edl过程的任一关键事件中，若满足对应的主触发条件或备份触发条件，则该关键事件触发。
9.进一步地，所述关键事件，按顺序包括：展开配平翼，展开降落伞，抛大底。
10.进一步地，所述确定各关键事件的主触发条件包括如下步骤：
11.确定关键事件触发容错的所有约束条件；
12.根据探测器的飞行能力，从所有约束条件中确定主触发条件；
13.针对主触发条件进行仿真试验，确定主触发条件的具体数值范围。
14.进一步地，关键事件为展开降落伞时，所述所有约束条件包括马赫数和动压。
15.进一步地，所述探测器的飞行能力为探测器飞行轨迹在开伞点附近马赫数与动压
的关系。
16.进一步地，所述从所有约束条件中确定主触发条件，具体为从所有约束条件中选取最先发生超差情况的约束条件作为主触发条件。
17.进一步地，所述针对主触发条件进行仿真试验，具体为：设置进入舱的气动模型、大气密度和温度偏差模型，进行打靶仿真，根据打靶结果选择动压散布最小所对应的马赫数作为主触发条件的具体数值范围。
18.进一步地，关键事件为展开降落伞时，所述备份触发条件为轴向视速度增量累加值。
19.进一步地，确定关键事件的备份触发条件包括如下步骤：
20.设置打靶仿真，并统计关键事件主触发条件被触发时的轴向视速度增量累加值；
21.根据统计结果，选择打靶结果最大值作为备份判断条件。
22.进一步地，所述打靶仿真包括如下步骤：
23.打靶仿真次数设置为10000次，轴向视速度增量即探测器纵轴方向的加计测量的速度增量，分别统计从进入点至展开配平翼，从进入点至开伞点，以及从开伞点至抛大底时刻的累加值。
24.本发明与现有技术相比的优点在于：
25.本发明对火星edl过程高容错事件触发方法进行了研究。针对火星edl过程中展开配平翼、展开降落伞、抛大底、抛背罩等动作，充分考虑各事件的约束，给出了时间触发的主份条件，为了减小惯导误差对触发事件的影响，进一步给出了基于轴向视速度增量累加值的触发条件，提高了着陆过程的安全性和可靠性。
附图说明
26.图1为本发明方法流程图；
27.图2着陆巡视器进入舱坐标系定义；
28.图3飞行轨迹在开伞点附近动压和马赫数的关系图；
29.图4飞行轨迹在开伞点附近动压和马赫数的关系图。
具体实施方式
30.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，、而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
31.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种火星edl过程高容错事件触发方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～4所示)：
32.(1)确定主要关键事件，按顺序为：展开配平翼，展开降落伞，抛大底等。
33.(2)设计各关键事件主触发条件。
34.(2.1)明确关键事件的约束条件。
35.(2.2)分析进入舱的飞行能力。
36.一般关键事件需要同时满足马赫数和动压的约束。在选择是马赫数还是动压作为
主判断条件时，需要根据实际对象的飞行能力进行判断。这里所指的飞行能力与进入舱的气动特性及火星大气环境参数(大气密度、温度等)相关，具体表现为飞行轨迹在开伞点附近马赫数与动压的关系，如图3所示。
37.(2.3)从2.2小节确定的实际飞行轨迹看，不易被满足的约束条件视为更严苛的条件，选为事件触发的主判断条件。
38.如图3中红线为马赫数和动压的约束范围，马赫数超出约束(大于2.3ma)时，动压仍满足约束,因此选择马赫数为主触发条件。
39.(2.4)进一步设置进入舱的气动模型偏差、大气密度和温度等环境偏差，进行打靶仿真，结果如图4所示，根据打靶结果综合判断，选择动压散布最小所对应的马赫数。
40.如图4中1000次打靶仿真中开伞时只有1次是动压先超出边界的情况，可见选择马赫数作为判断开伞依据更为合理。同时，马赫数1.8对应的动压散布最小。因此选择开伞的触发条件为马赫数大于1.8。
41.(2.5)其他事件展开配平翼和抛大底的设计思路类似。
42.(3)设计各关键事件备份触发条件。
43.(3.1)设置大量打靶仿真，并统计关键事件主触发条件被触发时的轴向视速度增量累加值。
44.打靶仿真次数可设置为10000次，轴向视速度增量即本体 xz方向(具体坐标系定义见图2)的加计可测量的速度增量，分别统计从进入点至展开配平翼(3.0ma),从进入点至开伞点(2.0ma)，以及从开伞点至抛大底时刻(0.8ma)的累加值。
45.(3.2)根据统计结果，选择打靶结果最大值作为备份判断条件。
46.在本技术实施例所提供的方案中，以msl火星科学实验室为例，标称轨迹的初始高度为125km，初始速度(相对火星表面的速度)为4.79km，初始经度和初始纬度为0
°
，飞行路径角为-14.4
°
，速度方位角为180
°
。开伞约束为：展开配平翼后，攻角调整至0
°
附近；相对火星mola基准高度范围4km～15km；动压处于360pa～760pa；马赫数约束在1.7～2.3；
47.仿真结束条件是马赫数降至1.6,如表1所示。其他参数拉偏情况如表2所示。
48.进行打靶仿真，统计在开伞约束附件的马赫数和动压关系曲线。图4为打靶结果，1000次打靶仿真中只有1次是动压先超出边界的情况，可见针对实际型号实际模型，马赫数作为判断开伞依据更为合理。开伞的主份触发条件为马赫数小于1.8。
49.开伞时轴向视速度增量累加结果统计见表3。开伞的备份判断条件刻设计为轴向速度增量累加值大于4600m/s。
50.表1进入过程初始和终端条件约束
[0051][0052]
表2打靶仿真参数设置表
[0053][0054]
表3从进入点至开伞点视速度增量打靶结果
[0055][0056]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0057]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。