[发明专利]能量最优的航天器连续动态避障轨迹规划方法

权利要求书

1.能量最优的航天器连续动态避障轨迹规划方法，其特征在于，包括：

S1、以目标航天器为原点设立相对运动坐标系，在相对运动坐标系中建立追踪航天器的运动动力学模型；

S2、将有限时间能量最优的性能指标引入所述运动动力学模型，结合线性相对运动构建得到追踪航天器的相对轨道运动模型；

S3、在相对轨道运动模型上标记追踪航天器的初始状态和期望状态，接连得到追踪航天器的初始原轨迹，将初始原轨迹标记为追踪航天器的当前运动轨迹；

S4、根据动态障碍物的位置和追踪航天器当前运动轨迹之间的关系，判断追踪航天器是否需要避障，无需避障则将当前运动轨迹标记为连续动态避障轨迹并输出，需要避障则求解追踪航天器和动态障碍物之间的最小安全距离；

S5、根据避障规则对追踪航天器进行避障，调整追踪航天器的当前运动轨迹，循环执行S4-S5；

其中，S5中的所述避障规则为：

采集所述初始原轨迹与所述动态障碍物运动轨迹的发生碰撞的时间点集合，根据最近时间点所述动态障碍物的中心位置、所述初始原轨迹和所述动态障碍物包络的两个交点，得到避障点的初始方向矢量；获得最近时间点所述障碍物中心位置所对应的速度，结合相同时刻所述追踪航天器速度的夹角判断并修正避障点的方向，再根据所述安全距离确定所述障碍物到避障点的长度；

所述避障点方向的判断和修正规则为：

令即，若所述障碍物中心和所述追踪航天器速度矢量的夹角大于90°，则判定碰撞的概率减小；若在发生碰撞时刻所述障碍物中心的速度矢量和所述避障点的初始方向矢量夹角小于90°，则将所述避障点的方向矢量修正为原方向的反方向；其中，e_OC为所述避障点的方向矢量，v为所述避障点的速度矢量，所述障碍物中心速度矢量与e_OC的夹角为

2.根据权利要求1所述的能量最优的航天器连续动态避障轨迹规划方法，其特征在于，在所述S2中，所述相对轨道运动模型的构建方法包括：

根据所述运动动力学模型得到所述追踪航天器的状态向量和轨道加速度表达式，结合所述线性相对运动方程，得到运动模型；

根据轨道加速度建立有限时间能量最优的性能指标，将有限时间能量最优的性能指标带入哈密顿函数、正则方程、状态方程以及控制方程，融合得到边界条件，将边界条件带入所述运动模型，得到所述相对轨道运动模型。

3.根据权利要求1所述的能量最优的航天器连续动态避障轨迹规划方法，其特征在于，在所述S4中，判断追踪航天器是否需要避障的判断规则为：

根据线性相对运动方程构建所述动态障碍物在相对运动坐标系中的运动轨迹；

根据所述动态障碍物运动轨迹中的误差项，得到所述动态障碍物的轨迹偏移，将所述动态障碍物的实际包络半径和所述动态障碍物的轨迹偏移绝对值的和记为实时障碍物半径；

设定所述追踪航天器运行时间内的预报概率变化区间，将实时障碍物半径作为期望值引入正态分布模型，解算求得实时障碍物半径的方差变化区间；

当所述追踪航天器与所述动态障碍物的距离与所述实时障碍物半径的差大于所述实时障碍物半径的方差的两倍，则判定所述追踪航天器无需避障，否则将所述实时障碍物半径与所述实时障碍物半径的方差两倍的和标记为最小安全距离。