[发明专利]一种基于零空间方法的非合作目标自主交会策略

说明书

本发明公开了一种基于零空间方法的非合作目标自主交会策略，针对非合作目标在轨服务任务，首先对自主交会过程进行任务分析，将整个交会过程分为非合作目标对接抓捕点跟踪任务和碰撞规避任务，对上述两种任务进行优先级排序，并对每种基本任务所对应的零空间进行求解，最后再根据零空间方法对这两种任务进行综合，将低优先级任务投影到高优先级任务的零空间，从而保证了交会轨迹的安全性。本发明所提供的基于零空间方法的自主交会策略是一种分层递阶控制的方法，它能够确保高优先级任务最先得到完成，从而避免不同优先级任务之间发生冲突。基于零空间方法的非合作目标自主交会策略能够同时实现对非合作目标对接抓捕点的跟踪以及碰撞规避要求。

技术领域

本发明属于航天器动力学领域，具体涉及一种基于零空间方法的非合作目标自主交会策略。

背景技术

随着空间科学技术的快速发展，人类对于空间的探索活动也在近几十年急剧增加。迄今为止，人类已经将数千颗人造卫星成功送入轨道，用于执行各种各样的空间任务。然而就在全人类正在为自己所取得的巨大进步暗自高兴时，人类也逐渐认识到了空间环境正在快速恶化。目前，空间碎片正在以一种“凯斯勒”效应在快速增长，同时现有的卫星都不具备可维修的能力，一旦出现故障就只能报废。在这种情况下，空间在轨服务概念广泛提及，与此同时在轨服务技术也成为了当前以及未来空间技术的研究热点。空间在轨服务技术具有广泛的应用前景，可以对空间故障卫星在轨维修、部件升级，可以对未成功入轨的卫星进行辅助入轨、任务恢复，也可以用于空间碎片清除与空间攻防对抗等领域。鉴于其对在空间态势及国民经济等方面的重大意义，世界各国纷纷展开了针对在轨服务技术的相关研究，包括轨道快车技术、工程试验卫星-VII以及试验卫星系统在内的多项任务都是对在轨服务相关技术的试验与验证。

在进行空间在轨操作时，通常需要经过以下几个阶段：自主安全交会，抓捕对接操作以及抓捕后稳定操作。其中，自主安全交会作为后续其他操作的前提，直接关系到了整个在轨服务的成败。现有的针对合作目标的自主交会对接技术已经十分的成熟，并且被广泛地应用于空间站补给、火星采样返回等任务中。然而，对于非合作目标的自主交会技术从未进行过相关的在轨演示验证，非合作目标自主交会技术仍是当前国内外研究的热点。非合作目标是指那些不能通过星间链路传递自身信息，没有合作标识器的一类空间物体。非合作目标在自身残余角动量以及空间复杂摄动影响下通常会处于翻滚状态，同时非合作目标的运动信息不能被服务航天器完全准确地获得，这使得对于非合作的自主安全交会变得十分的困难。本发明对非合作目标的自主交会问题进行了研究，采用基于零空间方法的轨迹规划算法，设计出一条安全的自主交会轨迹。零空间方法是一种能够同时处理多种任务要求的方法，它根据任务的紧迫性不同，对不同任务进行优先级排序，将低优先级的任务向高优先级任务的零空间投影，从而保证低优先级的任务不会影响到高优先级任务的执行。只有当高优先级任务完成后才会完成低优先级任务，避免了任务之间的相互冲突。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于零空间方法的非合作目标自主交会策略，对交会过程中的碰撞规避要求和对接点跟踪要求进行优先级排序，从而规划出一条安全的交会轨迹。

本发明采用以下技术方案：

一种基于零空间方法的非合作目标自主交会策略，首先对自主交会过程进行任务分析，将整个交会过程为非合作目标对接抓捕点跟踪任务和碰撞规避任务，对所述非合作目标对接抓捕点跟踪任务和碰撞规避任务进行优先级排序，并对每种基本任务所对应的零空间进行求解，最后再根据零空间方法对所述非合作目标对接抓捕点跟踪任务和碰撞规避任务进行综合，将低优先级任务投影到高优先级任务的零空间，从而保证了交会轨迹的安全性。

优选的，具体包括以下步骤：

S1、对空间非合作目标的翻滚运动进行建模，确定翻滚过程中抓捕对接点的运动规律；

S2、对步骤S1所述非合作目标自主交会任务进行分解，并分别对所有基本任务进行分析描述；