小天体撞击器GNC系统设计与仿真

撞击器在接近目标小天体过程中相对速度较快,这要求撞击器的导航、制导与控制(GNC)系统要具有较高的自主性和实时性。对撞击器GNC系统进行了研究,采用深空环境中常用的传感器及执行机构,对撞击器自主GNC系统进行了构建,并分别设计了自主光学导航算法与轨道修正制导律。最后为了验证所设计GNC系统的可行性和可靠性,进行了严格的六自由度蒙特卡罗数学仿真,同时对机动时刻、撞击目标点等关键参数对最终撞击性能的影响进行了分析。

基于预测制导技术的小天体撞击器精确制导律设计

撞击器接近小天体过程中相对速度较快，这要求撞击器末制导律要具有较高的自主性和实时性。本文在建立B平面坐标系的基础上，利用预测制导技术对小天体撞击制导律进行了设计。该制导律利用惯性绝对空间中撞击器的当前位置、速度信息和目标天体星历，结合动力学模型预测撞击误差，利用该误差信息计算机动速度。同时考虑到撞击精度与燃料消耗因素的约束，给出了预测制导机动方案。严格的蒙特卡罗仿真表明，该制导方法可以使撞击精度达到360米以内。

小天体高速撞击器视线制导律设计

针对小天体高速撞击器设计了一种视线制导律。为了解决轨道修正机动时机选取问题,本文引入B平面点位误差椭圆描述预测撞击点的置信度,通过控制撞击点落入指定的误差椭圆概率区域内,将轨道修正机动时刻选取问题,转化为对发动机开关曲线的设计。该制导律利用当前位置、速度信息构建视线旋转角速度与距离变化率,驱动发动机开关抑制视线的旋转角速率,使其最终撞击到目标点上。严格的蒙特卡罗仿真表明,该制导律在节省燃料的同时,可以使撞击精度比预测制导方法提高100米以上,达到250米以内。