[发明专利]基于椭球体描述的航天器避障控制方法

权利要求书

1.一种基于椭球体描述的航天器避障控制方法，其特征在于，所述方法用于实现服务航天器的自主避障，服务航天器包括目标航天器和跟踪航天器，所述方法包括如下内容：

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

建立相对动力学方程：在轨道坐标系下，建立跟踪航天器和目标航天器的相对运动方程，确定跟踪航天器的状态矢量，获取目标航天器与跟踪航天器的相对动力学方程；

确定障碍物和跟踪航天器的最短距离：采用椭球体对障碍物和跟踪航天器的外包络进行描述，确定障碍物和跟踪航天器的外包络椭球体的结构方程，基于椭球体的结构方程确定障碍物外包络椭球体与跟踪航天器外包络椭球体间的最短欧式距离；

建立人工势函数：基于椭球体的结构方程，建立包括引力势函数和斥力势函数的人工势函数；

计算吸引控制力：利用状态依赖黎卡提方程和终端滑膜控制理论计算确定吸引控制力；

计算排斥控制力：对斥力势函数进行求导处理，计算确定排斥控制力；

计算总控制力：根据吸引控制力和排斥控制力，计算确定作用于跟踪航天器的总控制力。

2.根据权利要求1所述的基于椭球体描述的航天器避障控制方法，其特征在于，建立坐标系包括：

采用O-X_IY_IZ_I表示历元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X_I轴、Z_I轴构成右手直角坐标系；

采用o-xyz表示目标航天器的轨道坐标系，目标航天器的质心为坐标原点，x轴由地球地心指向目标航天器的质心，y轴在目标航天器的轨道平面内与x轴垂直，并指向目标航天器的速度方向，z轴垂直于目标航天器的轨道平面，z轴与x轴、y轴构成右手直角坐标系。

3.根据权利要求1至2中任一项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，跟踪航天器与目标航天器的的相对运动方程为：

其中，r＝[x,y，z]^T和表示跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的相对位置和相对速度，x、y和z分别表示跟踪航天器在轨道坐标系的x方向、y方向和z方向上的坐标，和分别表示跟踪航天器在轨道坐标系的x方向、y方向和z方向上的相对速度，u＝[u_x,u_y，u_z]^T表示跟踪航天器的控制加速度，u_x、u_y和u_z分别表示跟踪航天器在轨道坐标系的x方向、y方向和z方向上的控制加速度，μ为地球引力常数，a和n为目标航天器的轨道半长轴和平均角速度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于椭球体描述的航天器避障控制方法，其特征在于，跟踪航天器的状态矢量表示为：

目标航天器与跟踪航天器的相对动力学方程为：

其中，A为状态转移矩阵，B为控制矩阵，r表示目标航天器与跟踪航天器间的相对距离，μ为地球引力常数，ω和分别表示目标航天器的角速度和角加速度。