“嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术

黄翔宇; 张洪华; 王大铁; 李骥; 关软峰; 王鹏基

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“嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术

黄翔宇, 张洪华, 王大铁, 李骥, 关软峰, 王鹏基

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黄翔宇, 张洪华, 王大铁, 李骥, 关软峰, 王鹏基. “嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 52-59.

引用本文:

黄翔宇, 张洪华, 王大铁, 李骥, 关软峰, 王鹏基. “嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 52-59.

HUANG Xiangyu, ZHANG Honghua, WANG Datie, LI Ji, GUAN Yifeng, WANG Pengji. Autonomous Navigation and Guidance for Change-3 Soft Landing[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(1): 52-59.

Citation:

HUANG Xiangyu, ZHANG Honghua, WANG Datie, LI Ji, GUAN Yifeng, WANG Pengji. Autonomous Navigation and Guidance for Change-3 Soft Landing[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(1): 52-59.

“嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术

1.
北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100190
2.
北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100191
3.
北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100192
4.
北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100193
5.
北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100194
6.
北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100195

基金项目: 国家中长期科技发展规划重大专项资助项目

Autonomous Navigation and Guidance for Change-3 Soft Landing

1.
Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100194,China
2.
Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100195,China
3.
Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100196,China
4.
Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100197,China
5.
Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100198,China
6.
Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100199,China

摘要: “嫦娥三号”探测器首次实现了我国航天器在地外天体软着陆，制导导航与控制技术是软着陆任务成功的关键。针对高安全和高可靠软着陆任务的要求，设计了包含接力避障的软着陆飞行程序，提出了单波束分时修正与多波束融合修正的自主导航方法和自适应动力显式制导、无迭代多项式粗避障制导以及内外环结合的精避障制导等方法。实际在轨飞行结果表明，导航算法提供了高精度的状态估计，制导算法实现了高精度状态控制和有效避障机动，确保了软着陆落月的安全性和可靠性。
- “嫦娥三号”探测器 /
- 软着陆 /
- 自主导航 /
- 制导律
Abstract: Chang' e-3 implemented its soft landing on the moon which is the first time for a Chinese spacecraft to conduct soft landing on an extraterrestrial body. GNC is the key to achieve successful soft landing. For the desire of high safe and reliable soft landing, the soft landing flight program including rough-fine-relay hazard avoidance is designed, the autonomous navigation method based on single beam time-sharing correction and multi-beams fusion filter, and the self-adaption powered explicit guidance, the non-iteration polynomial large hazard avoidance guidance, the inner-outer-loop small hazard avoidance guidance are presented. The real flight result of Chang' e-3 shows integration that the high-precision states is estimated by navigation algorithm, the high-precision states control and effective hazard avoidance maneuver areimplemented by guidance algorithm to ensure the safety and reliability for lunar soft landing.
- Chang' e-3 /
- soft landing /
- autonomous navigation /
- guidance

[1]

Klumpp A R. Apollo guidance, naivgation and control [ R].NASA R一695，1971.[2]Thomas F. Lunar landing and ascent trajectory guidance design for the autonomous landing and hazard avoidance technology (ALHAT) program[J].Advances in the Astronautical Sciences,2010, 136:2317-2336.[3]Savage P G. Strapdown inertial navigation integration algorithm design part 1:attitude algorithms[J].Journal of Guidance ,Control and Dynamics, 1998, 21(1):19-28.[4]Savage P G. Strapdown inertial navigation integration algorithm design part 2 ; velocity and position algorithms[J].Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1998，21(2):208-221.[5]McHenry R L, Brand T J, Long A D, et al.Space shuttle ascent guidance, navigation, and contml[J].The Journal of the Astronautical Sciences , 1979 , 27 (1);1-38.[6]Klumpp A R. Apollo lunar descent guidance[J].Automatica, 1974, 10; 133-146.[7]屠善澄.卫星姿态动力学与控制[M].北京:中国宇航出版社，1998:168-175.[Tu S C. The satellite attitude dynamics and control[M]. Beijing; China Astronautic Publishing House,1998:168-175.]

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[7]	郑伟, 张璐, 王奕迪. 基于星联网的深空自主导航方案设计 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(1): 31-37. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.005
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[10]	李飞, 张熇, 吴学英, 马继楠, 卢亮亮. 月球背面地形对软着陆探测的影响分析 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(2): 143-149. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.007
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[12]	徐超, 王大轶, 黄翔宇. 基于陆标图像的火星精确着陆自主导航方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(2): 150-155. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.009
[13]	于正湜, 崔平远. 行星着陆自主导航与制导控制研究现状与趋势 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(4): 345-355. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.006
[14]	王茜茜, 谢慕君, 李元春. 基于模糊参数优化的小行星软着陆控制方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 162-167. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.010
[15]	高锡珍, 邵巍, 冷君阁, 席莎. 一种基于陨石坑拟合椭圆的着陆器位姿估计算法 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(3): 241-245. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.03.009
[16]	韩松涛, 唐歌实, 曹建峰, 陈略, 任天鹏, 王美. 面向"CE-3号"软着陆过程的深空网干涉测量技术 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 120-124. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.003
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[18]	魏二虎, 杨洪洲, 张帅, 刘经南, 易慧. 脉冲星非实时平差的火星探测自主导航模型 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(4): 298-302. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2014.04.009
[19]	王大铁, 李骥, 黄翔宇, 张洪华. 月球软着陆过程高精度自主导航避障方法 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 44-51.
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“嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术

1. 北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100190

2. 北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100191

3. 北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100192

4. 北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100193

5. 北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100194

6. 北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100195

基金项目: 国家中长期科技发展规划重大专项资助项目

收稿日期: 2013-12-25
修回日期: 2014-01-25

关键词:

“嫦娥三号”探测器 /

软着陆 /

自主导航 /

制导律

摘要: “嫦娥三号”探测器首次实现了我国航天器在地外天体软着陆，制导导航与控制技术是软着陆任务成功的关键。针对高安全和高可靠软着陆任务的要求，设计了包含接力避障的软着陆飞行程序，提出了单波束分时修正与多波束融合修正的自主导航方法和自适应动力显式制导、无迭代多项式粗避障制导以及内外环结合的精避障制导等方法。实际在轨飞行结果表明，导航算法提供了高精度的状态估计，制导算法实现了高精度状态控制和有效避障机动，确保了软着陆落月的安全性和可靠性。

English Abstract

Autonomous Navigation and Guidance for Change-3 Soft Landing

1. Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100194,China

2. Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100195,China

3. Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100196,China

4. Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100197,China

5. Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100198,China

6. Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China;Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory,Beijing 100199,China

Received Date: 2013-12-25
Rev Recd Date: 2014-01-25

Keywords:

Abstract: Chang' e-3 implemented its soft landing on the moon which is the first time for a Chinese spacecraft to conduct soft landing on an extraterrestrial body. GNC is the key to achieve successful soft landing. For the desire of high safe and reliable soft landing, the soft landing flight program including rough-fine-relay hazard avoidance is designed, the autonomous navigation method based on single beam time-sharing correction and multi-beams fusion filter, and the self-adaption powered explicit guidance, the non-iteration polynomial large hazard avoidance guidance, the inner-outer-loop small hazard avoidance guidance are presented. The real flight result of Chang' e-3 shows integration that the high-precision states is estimated by navigation algorithm, the high-precision states control and effective hazard avoidance maneuver areimplemented by guidance algorithm to ensure the safety and reliability for lunar soft landing.

黄翔宇, 张洪华, 王大铁, 李骥, 关软峰, 王鹏基. “嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 52-59.

引用本文:

黄翔宇, 张洪华, 王大铁, 李骥, 关软峰, 王鹏基. “嫦娥三号”探测器软着陆自主导航与制导技术[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 52-59.

HUANG Xiangyu, ZHANG Honghua, WANG Datie, LI Ji, GUAN Yifeng, WANG Pengji. Autonomous Navigation and Guidance for Change-3 Soft Landing[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(1): 52-59.

Citation:

HUANG Xiangyu, ZHANG Honghua, WANG Datie, LI Ji, GUAN Yifeng, WANG Pengji. Autonomous Navigation and Guidance for Change-3 Soft Landing[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(1): 52-59.

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