● 摘要
随着航天技术的发展，深空探测在航天领域发挥着越来越重要的作用。火星探测一直是人们关注的焦点。如何利用先进的制导算法使得探测器在火星表面着陆时具有更高的精度是一个研究的热点问题。针对此问题，本论文主要对于EDL（进入、下降、着陆）过程中的大气进入段做了以下研究工作：
首先，本论文围绕火星大气进入过程，搭建了系统数学模型，简述了火星进入过程的制导策略。分别针对初始状态偏差、模型不确定性和可能存在的干扰，对探测器开伞点精度的影响进行了分析，仿真验证了三种因素均会对着陆器开伞点造成影响，在设计制导律需重点考虑以上三个因素对着陆器的影响。
其次，针对火星大气进入动力学过程中的初始状态偏差和模型不确定性问题展开研究，利用反馈线性化原理，对系统进行输入—输出线性化，控制输入选取倾侧角，输出选取阻力加速度。设计PD制导律对着陆器进行主动控制，通过蒙特卡洛仿真验证，对于初始状态偏差和系统不确定性，基于反馈线性化的PD制导律能够有效提高开伞点精度，并给出开伞点分布对比和阻力加速度跟踪曲线。
再次，综合考虑在干扰条件下火星大气进入过程的制导问题。针对着陆器运行过程中存在的常值干扰（阵风）和谐波干扰（发动机振动），设计相应的干扰观测器，对其进行实时估计，并利用估计值设计相应的制导律，进一步对着陆器进行主动控制。通过蒙特卡洛仿真验证表明，引入基于干扰观测器的制导律后，开伞点误差减小至5km以内，有效地提高了开伞点精度。
最后，以某“深空973”项目为背景，搭建了基于华力创通实时目标机+喷气模拟器的硬件在回路仿真环境，并验证了PD制导律和DOBC（Disturbance Observer Based Control）+PD制导律的有效性。另外，针对着陆器内部执行机构的物理特性，研制了基于单片机的喷气模拟器，设计了PWM（脉宽调制）算法和相平面算法，并与目标机进行了回路联调。