[发明专利]一种航天器抵近操作路径规划方法

权利要求书

1.一种航天器抵近操作路径规划方法，其特征在于，包括：

步骤一：根据障碍与目标的相对位置关系和相对运动轨迹，确定航天器抵近操作路径规划中的障碍类型；

步骤二：利用基于采样的路径规划算法，对航天器抵近操作路径规划问题进行算法描述和约束分析，并基于约束分析和步骤一确定的障碍类型生成采样状态空间；

步骤三：对步骤二生成的采样状态空间进行椭圆化处理；

步骤四：对步骤三椭圆化处理后的采样状态空间中每一个状态对应的路径进行安全性分析，剔除与目标碰撞概率大于给定安全阈值的状态；

步骤五：对经过步骤四安全性分析后的采样状态空间应用基于采样的路径规划算法，得到离散采样状态序列；

步骤六：对步骤五生成的离散采样状态序列进行连续化处理，得到航天器抵近操作的路径；

所述步骤一中的障碍类型包括：悬停障碍、非共面椭圆构型障碍、共面椭圆构型障碍和/或不确定性障碍；

所述悬停障碍是指相对于目标位置不变的障碍，在Hill系中表现为一个固定区域；

所述非共面椭圆构型障碍则是相对于目标的构型为封闭固定椭圆，但其轨道面与目标轨道面之间存在一定的轨道倾角差，表现在Hill系中为中心位于V-bar上的一个空间椭圆；

所述共面椭圆构型障碍是指运行于目标轨道面，相对于目标的构型为封闭椭圆的障碍；

所述不确定性障碍则是相对于目标的构型不能长期保持的障碍；

所述步骤二中的航天器抵近操作路径规划问题包括环境表达和路径规划两部分；

所述环境表达是指采样状态空间的构建，是指将实际工作空间映射到状态空间，包括将初始位置、目标区域以及路径规划过程中的障碍和约束映射到状态空间；

所述路径规划是指在环境表达构建的采样状态空间中运用路径规划算法找出满足约束要求的路径；

所述约束包括系统动力学约束、任务时间约束和/或加速度大小约束；

所述系统动力学约束是指航天器在运行过程中应遵循轨道动力学的客观规律；

所述任务时间约束包括任务本身要求的完成时间约束、地面观测条件约束、地面测控约束和地面通信约束，用以确定空间消旋机器人抵近操作目标的时间窗口以及控制Hill方程的误差；

所述加速度大小约束包括两部分：一是单次脉冲的速度增量不能超过允许的最大值；二是总的速度增量也不能超出空间消旋机器人可以提供的速度增量；

所述基于采样的路径规划算法采用双向快速行进树Bi-FMT*算法；

所述双向快速行进树Bi-FMT*算法中的采样方法为Halton确定性采样方法；

所述双向快速行进树Bi-FMT*算法中的邻域半径由加速度大小约束决定；

所述双向快速行进树Bi-FMT*算法中的成本代价评估函数由相邻两状态之间的速度增量来表示；

所述双向快速行进树Bi-FMT*算法中的障碍碰撞检测方法采用基于内外相似椭圆的障碍碰撞检测方法；

所述步骤三中的椭圆化处理是指将步骤二利用双向快速行进树Bi-FMT*算法确定的采样状态空间的每一状态进行筛选，选出满足Hill坐标系下封闭相对椭圆构型的状态集合，作为新的采样状态空间；

将采样状态空间进一步简化，使得所有的采样点都位于V-bar轴上，速度为沿R-bar正向；

所述步骤四中的安全性分析采用简化后的拟最大瞬时碰撞概率方法对步骤三椭圆化处理后的采样状态空间中每一个状态进行安全性分析；

所述生成采样状态空间中的连续化处理包括：采用多脉冲策略对序列中的相邻状态进行处理，只在状态处施加脉冲，而在状态转移过程中则不做处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的相对位置关系、相对运动轨迹以及路径规划中的障碍类型均在目标轨道坐标系Hill系内表示。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于内外相似椭圆的障碍碰撞检测方法是指将相对椭圆扩展为内相似椭圆和外相似椭圆，通过判断障碍与内外相似椭圆的位置关系来进行碰撞检测。