[发明专利]基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法

权利要求书

1.一种基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法，其特征在于，所述方法用于实现目标航天器和跟踪航天器的自主避障和安全接近，所述方法包括：

建立坐标系：建立历元J2000地球惯性坐标系，并在所述地球惯性坐标系的基础上建立所述目标航天器的轨道坐标系；

建立相对动力学方程：在所述轨道坐标系下，建立所述跟踪航天器和所述目标航天器的相对运动方程，确定所述跟踪航天器的状态矢量；

不确定性传播分析：对所述状态矢量进行解析计算，并根据所述状态矢量解析解、所述跟踪航天器的导航不确定性和控制输出不确定性，利用线性协方差方法获取不确定性的协方差矩阵；

计算碰撞概率：利用所述协方差矩阵，确定所述跟踪航天器和所述目标航天器的碰撞概率计算公式，并利用所述碰撞概率计算公式对碰撞概率进行计算；

建立等碰撞概率线法：根据所述碰撞概率计算公式获取所述目标航天器四周的等碰撞概率线，根据所述等碰撞概率线的分布及梯度变化，利用高斯形式的等碰撞概率线梯度估计方法确定是否对所述跟踪航天器施加避障控制力；

计算分析所述避障控制力：利用所述高斯形式的等碰撞概率线梯度估计方法对施加于所述跟踪航天器的所述避障控制力进行计算分析；

确定参数选择标准：利用所述避障控制力的计算分析结果，确定所述高斯形式的等碰撞概率线梯度估计方法中的正常数的数值选择范围，以使所述跟踪航天器与所述目标航天器不会发生碰撞；

计算跟踪控制力：对所述跟踪航天器的LQR控制器进行改进，获取最优控制器和最优控制；

计算总控制力：根据所述避障控制力和所述最优控制，确定所述跟踪航天器上的复合控制器。

2.根据权利要求1所述的基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法，其特征在于，所述建立坐标系包括：

采用O-X_IY_IZ_I表示所述历元J2000地球惯性坐标系，地球地心为坐标原点，X_I轴指向历元J2000春分点，地球赤道平面为基本面，Z_I轴指向地球北极，Y_I轴与所述X_I轴、所述Z_I轴构成右手直角坐标系；

采用o-xyz表示所述目标航天器的轨道坐标系，所述目标航天器的质心为坐标原点，x轴由所述地球地心指向所述目标航天器的质心，z轴指向所述目标航天器轨道面法线方向，y轴与所述x轴、所述z轴构成右手直角坐标系。

3.根据权利要求2所述的基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法，其特征在于，所述跟踪航天器与所述目标航天器的的相对运动方程为：

其中，r_1-t＝[x_t,y_t]^T和v_1-t＝[v_x,v_y]^T表示在所述目标航天器的轨道坐标系下所述跟踪航天器在t时刻的相对位置和相对速度，u_1-t＝[u_x,u_y]^T表示所述跟踪航天器t时刻的控制输入，μ为地球引力常数，a和n为所述目标航天器的轨道半长轴和平均角速度；

所述跟踪航天器的状态矢量X为：