嫦娥三号的分阶段优化方法

刘炳锐　张志杭　王尧

【摘 要】根据资料显示，嫦娥三号卫星在登陆月球时，软着陆过程分为阶段着陆轨道准备、主减速段、快速调整段、粗避障段、精避障段、缓速下降阶段等6个阶段。在快速调整及以后的四个阶段中，本文提出了具体的优化方法。

【关键词】标准差矩阵；控制策略；标准差

1.问题重述

快速调整阶段用于调整姿态，将水平速度降为零；粗避障阶段启动姿态调整发动机，初步避开大陨石坑；精避障段初步避开月面障碍物；缓速下降阶段在着陆点的上方进行。

目标：总时间最短，燃料最省。

2.问题分析

这是一个以燃料最省（时间最短）为目标的非线性规划问题，采用SQP算法，建立离散轨道模型。

3.快速调整阶段

首先将目标着陆轨道进行离散化，整个轨道可以分为N个小段，各小段之间通过线性插值的方法确定各个节点推力的方向角：各离散点的时间序列满足每一段的时间依次增大。每一秒时刻的推力方向夹角随着时间均匀增大。得到最优的时间为30s，燃料的消耗量为31.69kg。

4.粗避障阶段

在已经得到扫描区域的高程矩阵M1下，我们通过我们需要完成的主要任务是避開较大陨石坑，我们建立分块矩阵模型，将扫描区域的高程矩阵按100m×100m的规格切割成23×23块小矩阵，然后分别分析每一个小矩阵块的情况。

当某一块区域存在陨石坑或不平坦的时候，所有高程值与均值的差都较大，所得平方差较大，则我们可以通过比较该块区域的标准差来判断在哪一个区域着陆较安全。……