[发明专利]近距离在轨操作航天器的敏捷运动规划方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器总体设计技术领域，涉及在轨操作航天器近距离在轨操作任务，具体涉及一种近距离在轨操作航天器的敏捷运动规划方法。

背景技术

由于航天技术的飞速发展，空间任务、不论是结构、规模，还是性能、成本都与最初用于简单空间任务的航天器不可同日而语。因此，保证现今或未来航天器能够在复杂的空间环境中长时间稳定运行，用以完成复杂的空间任务，已成为目前航天技术领域所亟待解决的重要问题。

在轨操作任务包含在轨装配、在轨维修、在轨升级、在轨补给等多种任务。航天员实现在轨操作成本高昂和执行危险，使这种操作方式不能适应未来工业化太空繁杂的服务任务。大量的在轨操作工作应由空间自主在轨操作航天器完成，众多能够自由飞行的自主航天器形成空间在轨操作体系，以满足工业化太空的需求。

在航天器近距离操作过程中，很多复杂的空间操作任务对航天器的运动能力都提出了较高的要求，如对空间飞行器的日常维护、修理或空间大型结构的在轨装配等等，都需要操作航天器具备敏捷、灵活和精确、准时的连续运动能力。具体要求航天器能够快速反应得到运动的可行航迹，再者则是以较快的速度完成既定机动任务。复杂多变的空间服务环境也对规划算法提出了更高的要求，即可以在不断变化或相对狭小的服务环境中获得规划航迹，同时还要具备处理突发事件的在线规划能力。因此，对在轨操作航天器的敏捷运动规划的研究是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向空间近距离在轨操作航天器的敏捷运动规划方法，实现较高的搜索效率。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种近距离在轨操作航天器的敏捷运动规划方法，包括以下步骤：(10)对搜索树A和搜索树B进行初始化；(20)主循环进行K次迭代，其中，K为自然数，且不小于1；(30)判断何时执行两搜索树互换；执行互换后，将所述两搜索树新节点计算顺序颠倒，即如果之前先计算所述搜索树A的新节点，则执行互换后，将先计算所述搜索树B的新节点。其中，所述主循环包括以下步骤：(21)在空间中以均匀分布采样，获得随机节点；(22)求取所述搜索树A中到所述随机节点的最近点一，求取时只对最新生成的点进行搜索；(23)求取所述随机节点与所述最近点一间的新节点一，且所述新节点一满足约束条件，所述新节点一的计算方法由用于确定两节点之间运动的局部规划器获得；(24)如果所述最近点一与所述新节点一不重合，则分别将所述最近点一到所述新节点一的线段和所述新节点一存入所述搜索树A；(25)求取所述搜索树B中到所述新节点一的最近点二，求取方法如步骤22；(26)将判断位置矢量是否在约束体内的障碍约束判断加入规划方法中，在此判断所述新节点一与刚求出的所述最近点二之间是否存在障碍，如果存在障碍则利用所述随机节点重新计算所述最近点二；(27)求取所述随机节点与所述最近点二间的新节点二，方法与步骤23相同；(28)如果所述最近点二与所述新节点二不重合，则分别将所述最近点二到所述新节点二的线段和所述新节点二存入所述搜索树B；(29)如果所述新节点一与所述新节点二重合，则返回规划结果。

作为本发明上述近距离在轨操作航天器的敏捷运动规划方法的改进，所述局部规划器同时采用前向搜索方式和后向搜索方式进行双向平衡搜索。

作为本发明上述近距离在轨操作航天器的敏捷运动规划方法的改进，所述前向搜索方式为：已知两节点i、j的运动状态p_i和p_j，求取从i节点出发经过时间Δt的新节点运动状态p_i+1，要求两节点的时间状态满足t_i＜t_j，且t_j-t_i≥Δt，新节点运动状态p_i+1表示为

式中——四元数矩阵，

q₁ q₂ q₃ q₄——分别为姿态四元数q的第一项至第四项；