[发明专利]基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法

权利要求书

1.一种基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法，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安全飞行控制，所述方法包括：

将目标航天器简化为最小外包络椭球，利用碰撞概率密度函数计算碰撞概率；

基于碰撞概率，将目标航天器的外区域由远至近依次划分为非规避区、安全机动区和终端接近区；

当跟踪航天器位于非规避区时，跟踪航天器不做避障控制；当跟踪航天器位于安全机动区时，利用改进等碰撞概率线法生成避障控制力，根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制；当跟踪航天器位于终端接近区时，利用自适应混合高斯模型法生成避障控制力，根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制；

非规避区包括绝对安全区、远距离接近区和相位调整区；

绝对安全区为碰撞概率在1×10^-5以下的区域，当跟踪航天器位于绝对安全区时，跟踪航天器不做避障控制，以第一设定时间间隔计算跟踪航天器当前所在位置对应的碰撞概率；

远距离接近区为碰撞概率大于1×10^-5且小于1×10^-4的区域，当跟踪航天器位于远距离接近区时，跟踪航天器不做避障控制，以第二设定时间间隔计算跟踪航天器当前所在位置对应的碰撞概率；

相位调整区为碰撞概率在1×10^-4以上且满足以下公式2的区域，当跟踪航天器位于相位调整区时，跟踪航天器不做避障控制，以第三设定时间间隔计算跟踪航天器当前所在位置对应的碰撞概率；

其中，x_t和y_t分别表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标，D₇表示安全机动区的作用范围。

2.根据权利要求1所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法，其特征在于，碰撞概率密度函数为：

其中，P_c(r_1-t)表示碰撞概率，r_1-t＝[x_t,y_t]^T表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的相对位置，x_t和y_t分别表示t时刻跟踪航天器在轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标，表示相对位置r_1-t不确定性的协方差矩阵，和表示相对位置r_1-t的协方差，e表示自然常数，表示目标航天器的几何外形，R₀表示目标航天器的几何尺寸半径，r_2-t表示在目标航天器的几何区域中的相对位置。

3.根据权利要求1所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法，其特征在于，第三设定时间间隔小于第二设定时间间隔，第二设定时间间隔小于第一设定时间间隔。

4.根据权利要求1所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法，其特征在于，安全机动区为满足以下公式3的区域，当跟踪航天器位于安全机动区时，利用改进等碰撞概率线法生成避障控制力，根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制；

其中，x_t和y_t分别表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标，D₇表示安全机动区的作用范围，D₀表示等碰撞概率线作用区域的半径。

5.根据权利要求4所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法，其特征在于，当跟踪航天器位于安全机动区时，避障控制力利用以下公式6和公式7计算；

其中，F_repel表示避障控制力，表示改进型排斥力函数，r_1-t表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的相对位置，表示梯度函数，表示改进型排斥力函数对相对位置r_1-t求导的梯度，表示相对位置不确定性的协方差矩阵，D₀表示等碰撞概率线作用区域的半径。