[发明专利]一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法

说明书

本发明涉及一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法，属于航空航天领域。本发明首先利用两航天器初始位置和动力学进行积分，找到两航天器无控轨道相距最近处的时刻t_d，分别求解t_d时刻两个航天器的可达能力边界，对两个可达集的几何关系进行判断，从而确定逃避航天器是否一定可交会。此处一定可交会指无论逃避航天器采用何种控制，一定存在一种控制方式使追逐航天器末端位置与逃避航天器重合。本发明在航天器博弈问题中，利用航天器的可达能力边界，快速判断目标可交会性的方法，具有计算速度快、收敛性好、适用性强的优点。

技术领域

本发明涉及一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法，特别涉及一种在追逐航天器与逃避航天器进行博弈时，基于可达能力边界，对短时间内能否成功与目标交会进行快速判断的方法，属于航空航天领域。

背景技术

随着人类空间技术的发展，空间对抗已经成为未来空间任务中的重要组成部分。在空间对抗任务设计时，根据博弈中的两航天器的初始位置和发动机参数限制，需要快速判断在逃避航天器逃避时，追逐航天器能否实现对目标的交会。针对一般轨道上航天器可达范围、博弈末端位置难以确定等问题，开展航天器可交会的快速判断问题研究。本发明结合给定的博弈初始时刻两航天器状态(位置、速度和质量)、燃料约束、推力幅值约束等，提出一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法，可有效解决航天器可交会难以确定的问题。

在已发展的航天器可交会判断的研究中，在先技术[1](参见SpacecraftRendezvous and Pursuit/Evasion Analysis Using Reachable Sets,Venigalla,C.,andScheeres,D.J.,2018Space Flight Mechanics Meeting,Kissimmee,Florida,2018)，基于三维轨道根数可达边界(半长轴、偏心率和轨道倾角)，进行时间自由的航天器博弈交会性判断，但三维轨道根数无法与空间位置一一对应，且其研究难以考虑时间约束，从而无法解决此类航天器可交会的判断问题。

在先技术[2](参见Pursuit-Evasion Game for satellites Based onContinuous Thrust Reachable Domain,IEEE Transactions on Aerospace andElectronic Systems,Gong,H.,Gong,S.,and Li,J.,2020)，基于航天器的位置可达性进行交会性判断。但其可达集仅限于连续推力的圆轨道，无法处理存在发动机关机情况和航天器处在一般轨道情况，且未给出合理的博弈末端近似时间，导致可达集的多次无效计算。所以，该方法无法解决一般航天器可交会性判断问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法，该方法能够在航天器博弈问题中，利用航天器的可达能力边界，快速判断目标可交会性。本发明具有计算速度快、收敛性好、适用性强的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法，在地球质心柱坐标惯性系下建立探测器动力学方程，并给定航天器动力学方程的初始条件和推力质量约束；给定时间上限，利用动力学方程进行无控积分，找到追逐航天器和逃避航天器相距最近的位置所对应的时刻t_d；分别求解t_d时刻追逐航天器和逃避航天器的可达能力范围；对两航天器可达能力范围边界的几何关系进行判断，若逃避航天器的可达能力范围完全包含于追逐航天器的可达能力范围，则逃避航天器一定可交会；否则，不一定能与逃避航天器交会。所述一定可交会指无论逃避航天器采用何种控制，一定存在一种控制方式使追逐航天器末端位置与逃避航天器重合。

本发明公开的一种航天器飞行博弈中可交会的快速判别方法，包括如下步骤：

步骤一、在地球质心柱坐标惯性系下建立探测器动力学方程，并给定航天器动力学方程的初始条件和推力质量约束；