[发明专利]一种考虑非合作目标禁飞区约束的最优轨道设计方法

说明书

本发明公开了一种考虑非合作目标禁飞区约束的最优轨道设计方法，包括以下步骤：1)建立地球惯性坐标系EXYZ及目标航天器轨道坐标系Txyz，设定目标航天器本体禁飞区及目标航天器传感器禁飞区；2)建立航天器相对运动轨道模型，求航天器相对运动轨道模型的解，再消除漂移项，然后利用初始条件给出追踪航天器的初始位置及最终位置的条件；3)构建转移轨迹的解析方程；4)构建禁飞区约束条件的数学表达式，然后构建避开禁飞区完成轨道转移的条件；5)根据转移轨迹的解析方程、禁飞区约束条件的数学表达式及避开禁飞区完成轨道转移的条件设计最优转移轨迹，该方法能够获取非合作目标禁飞区约束的最优轨道。

技术领域

本发明属于空间非合作目标在轨服务技术领域，涉及一种考虑非合作目标禁飞区约束的最优轨道设计方法。

背景技术

近年来，随着在轨航天器和空间碎片的不断增多，在轨服务变得越来越重要。一般的在轨服务任务可以分为三个阶段：绕飞观测阶段，逼近及交会段和服务段，其中绕飞观测段可以提前获取对目标的运动信息和自身性质信息，包括位置、姿态、惯性参数等。尤其是针对非合作目标，信息的提前获取是相当重要的。但是，远距离观测的观测精度受限于传感器的精度，造成的观测误差对逼近及交会段和服务段有较大的影响。因此近距离观测对高精度的在轨服务任务显得尤为重要。对于目标航天器，它一般拥有自己的观测传感器，最常见的是相机。如何在避免被其传感器观测到或者在不干扰其传感器工作的情况下，自主完成对目标的全面观测，是需要解决的问题。

对于上述情况下的轨迹设计方法，一般的处理方式是在绕飞观测过程中设置路径约束。“Automated Rendezvous and Docking of Spacecraft,Cambridge UniversityPress,Cambridge(2003)29–170”设计了在交会对接任务中逼近的安全走廊及禁飞区；“Trajectory Design and Navigation Analysis for Cargo Transfer VehicleProximity Operations,Proceedings from the 1992AIAA/AAS AstrodynamicsConference,Hilton Head Island,(1992)131–142”在交会任务的最终阶段设计将追踪航天器限制在逼近锥形区域内；“Operational Implications for Path ConstrainedRendezvous,1985”定义了对于目标的集中禁飞区，包括了圆柱形、圆盘形和球形禁飞区。“Path-constrained maneuvering near large space structures，2015”设计了在大型空间结构图附近机动时考虑的路径约束问题。“Errata-Path-Constrained Rendezvous:Necessary and Sufficient Conditions，2015”研究了考虑路径约束下进行交会的充分必要条件。然而这些方法针对的是合作目标，对于非合作目标，路径约束的问题需要有更多的考虑因素。针对目标的传感器的观测区域和目标本身的约束条件，寻找全面绕飞观测的最优轨道对非合作目标的逼近和交会有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种考虑非合作目标禁飞区约束的最优轨道设计方法，该方法能够获取非合作目标禁飞区约束的最优轨道。

为达到上述目的，本发明所述的考虑非合作目标禁飞区约束的最优轨道设计方法包括以下步骤：

1)建立地球惯性坐标系EXYZ及目标航天器轨道坐标系Txyz，追踪航天器与目标坐标系在同一轨道上，初始状态下，追踪航天器落后于目标航天器的相位角为α，设定目标航天器本体禁飞区及目标航天器传感器禁飞区；

2)建立航天器相对运动轨道模型，求航天器相对运动轨道模型的解，再根据航天器相对运动轨道模型的解的性质，消除漂移项，然后利用初始条件给出追踪航天器的初始位置及最终位置的条件；