基于四元数分离推力轴姿态控制用于查然亚伽-3月球着陆任务

查然亚伽-3 任务成功实现了在月球南极附近的软着陆，凸显了导航、制导和控制（NGC）系统的关键作用。导航提供了相对于月球中心的车辆状态估计，而基于多项式的制导方案计算出满足终端着陆条件所需的加速度轮廓。该加速度需求被转化为总推力大小和姿态命令的生成。姿态命令生成涉及将推力轴对齐于所需加速度向量，并约束关于推力轴的旋转，通常由特定任务要求决定。虽然四元数基于控制律因其无奇点表示而受到青睐，但本质上会耦合所有三个旋转轴。这种耦合可能导致制导与控制之间的不良相互作用，尤其是在关于推力轴的大幅旋转期间，由于四元数最短路径属性的影响。本文提出了一种新颖的四元数分离方法，使推力轴控制独立化，从而减轻制导-控制交互，确保为着陆器姿态控制生成正确的姿态命令。