基于线性协方差的月球上升器主动段误差分析-论文.pdf

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1、第40卷第3期空间控制技术与应用Vo1．40NO．32014年6月AerospaceControlandApplicationJun．2014基于线性协方差的月球上升器主动段误差分析王志文，张洪华(北京控制工程研究所，北京100190)摘要：提出一种线性协方差误差分析方法用于月球上升器主动段多种误差源影响分析．给出了动力上升段动力显式制导(PEG，poweredexplicitguidance)制导律线性化解析方法，得到了PEG3个制导参数的线性化显式表达．在此基础上用于分析月球上升器主动段在存在初始状态偏差、参数不确定等情况下，终端时刻的高度偏差、速度

2、大小偏差以及飞行路径角偏差．通过和蒙特卡洛的仿真对比，验证了上述线性化方法的有效性．关键词：线性协方差；月球上升器主动段；PEG制导中图分类号：V448．2文献标志码：A文章编号：1674—1579(2014)03~025．06DoI：10．3969／i．issn．1674．1579．2014．03．005ErrorAnalysisBasedonLinearCovarianceforLunarPoweredAscentPhaseWANGZhiwen，ZHANGHonghua(BengInstituteofControlEngineering，Beng10

3、0190，China)Abstract：Anewanalyticlinearcovariancemethodforpoweredexplicitguidance(PEG)isproposed，andthemethodiscapableofobtainingtheexplicitexpressionsofPEG’Sthreeparameters．Themethodisap—pliedtoanalyzethefinalaltitudedispersion，velocitymagnitudedispersionandflightpathangledisper—

4、sionwiththeexistenceoforiginalstateerrorsandparameteruncertaintiesinthelunarpoweredascentphase．IncontrastwithMonteCarlosimulationresults，themethodisprovedtobevalid．Keywords：linearcovariance；lunarpoweredascentphase；PEG所消耗的燃料最少．0引言月球上升段由3个阶段构成，如图1所示．第一阶段是100m的垂直上升，该阶段所用时间很短，主要目的是使探

5、测器离开月面，达到动力上升所需要的条件．第二阶段是单轴旋转，该阶段要求在尽量短的时间里调整上升器的姿态，使推力方向的指向从图1月球上升器3个阶段⋯垂直方向转为动力上升段开始时所要求的最优指Fig．1Threestagesforlunarascent向．第一和第二阶段，一般采用开环制导律．第三阶段是动力上升段，即主动段．以美国Altair月球着陆本文使用线性协方差的方法研究第三阶段制器为例，该阶段要求上升器到达近月点约15km、远导，即主动段制导，在存在初始状态偏差和系统参月点约75km的椭圆轨道．该阶段飞行时间较长，一数偏差的情况下，终端高度、速度大小以

6、及飞行路径般有300多秒，故需要设计闭环最优控制使得该段角的偏差．其中，主动段制导采用的制导律为PEG+收稿日期：2013—07—19·26·空间控制技术与应用第4O卷保持制导．在用线性协方差分析PEG制导性能之PEG除了计算3个制导参数A，t外，还需前，首先需要对PEG进行线性化．文献[4]使用了一计算剩余时间t当t。接近于零时，PEG会变得不种数值方法实现了对PEG的线性化处理，但这种方稳定，为了避免这种情况，本文假设当t。=t时，法运算量大，需要时间较长，且面临着步长选择的问制导以PEG转入保持模式．在该模式中，上升器将题．本文提出一种解析的方法，

7、可以得到PEG3个保持PEG最后一步的推力方向不变，直到t时间后制导参数的线性化显式表达，相比而言可以大幅减主发动机关机，制导结束．少运算量和仿真时间．通过对PEG线性化处理，可以考察主动段制导存在初始状态偏差(位置偏差和2线性协方差分析速度偏差)、系统参数偏差(比冲偏差、质量偏差和质量流量偏差等)以及执行机构偏差的情况下，终线性协方差分析作为一种误差分析方法已经被端时刻的制导偏差．成功应用于交会对接、地月轨迹、行星任务的GNC系统和导航分析．和蒙特卡洛方法相比，线性协方差1制导律简介方法速度快，一次运行就可以得到误差的分析结果，并且可以随意选择误差组合

8、，分析不同误差带来的如引言所述，本文采用PEG+保持制导．PEG影响．是一种预测