[发明专利]基于高阶滑模控制和扰动观测器的空间翻滚非合作目标自主交会制导方法

权利要求书

1.一种基于高阶滑模控制和扰动观测器的空间翻滚非合作目标自主交会制导方法，其特征在于，该方法的具体过程为：

步骤1、建立视线坐标系，在视线坐标系下建立相对运动模型，建立目标航天器的旋转运动模型，同时获取服务航天器的执行机构故障模式；

步骤2、采用广义超螺旋算法作为鲁棒连续制导律，采用齐次高阶滑模的扰动观测器实现自主无碰撞交会；

步骤1所述建立视线坐标系的过程如下：

两个交会航天器的相对运动坐标系为：地心坐标系用O_Ix_Iy_Iz_I表示，视线坐标系O_Lx_Ly_Lz_L的原点固连于服务航天器质心，视线坐标系O_Lx_Ly_Lz_L的x轴从服务航天器指向目标航天器；

从地心坐标系转向视线坐标系的方法为：首先沿着y_I转动角度视线偏角q_β，然后绕z_L轴转动视线倾角q_α；获得的转换矩阵为：

其中，q_β∈(-π,π)，q_α∈(-π/2,π/2)；

步骤1所述在视线坐标系下建立相对运动模型的具体过程为：

服务航天器和目标航天器的动力学方程如下：

其中，r_S和r_T分别是服务航天器和目标航天器的位置矢量，F表示作用于服务航天器中的控制力，m是服务航天器的质量，f_S和f_T分别表示服务航天器和目标航天器的外部扰动；μ＝3.986×10⁵km³/s²是地球引力常数；

公式(2)减去公式(1)，获得相对运动方程：

其中，ρ＝r_T-r_S,f＝f_T-f_S；

公式(3)沿着视线坐标系的投影分量为：

定义状态变量：x₁＝ρ，x₂＝q_α，x₃＝q_β，和状态方程表达为：

其中：

考虑测量误差和质量消耗，公式(5)写为：

其中：

其中，m₀是服务航天器的标称质量；状态量的期望值定义为：

因此，状态变量的误差为：

设服务航天器的姿态控制是理想的，即服务航天器能够瞬时实现期望姿态。

2.根据权利要求1所述的基于高阶滑模控制和扰动观测器的空间翻滚非合作目标自主交会制导方法，其特征在于，步骤1所述建立目标航天器的旋转运动模型的具体过程为：

假定服务航天器的执行机构存在增益故障和偏差故障，执行机构的故障改变航天器的控制力，因此用矢量表示故障情况下执行机构所产生的实际控制力；

F_f＝F_gF+F_d (11)

其中，是增益故障矩阵，是偏差故障向量，其分量表达形式为

增益故障矩阵满足0≤F_gi≤1,(i＝1,2,3)；当F_g＝E₃，F_d＝[0 0 0]时，执行机构没有故障发生；

在有执行机构故障的情况下，方程(7)改写为：

带有执行机构故障的集总扰动定义为：

χ＝[χ₁ χ₂ χ₃]^T＝D_dis+BF_f-B₀F (14)。