[发明专利]一种漂旋目标分布式接管的抵近轨迹规划方法

说明书

本发明公开的一种漂旋目标分布式接管的抵近轨迹规划方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：建立相对运动坐标系、航天器本体系，以及接管辅助坐标系，并建立姿轨、轨道动力学模型；使用多项式离散抵近过程中的状态量和控制量，将离散后的状态量和控制量表示为关于多项式系数、时间、以及其他已知量的函数，建立多项式系数之间的解析表达式关系，根据始末状态消去部分多项式系数；建立针对分布式接管的终端位姿状态约束，构建以多项式系数为优化变量的轨迹规划问题；对该轨迹规划问题的求解后，给出针对漂旋目标分布式接管的抵近轨迹；根据不同抵近轨迹终端约束，分别重复上述抵近轨迹规划过程，即得到多追踪器分布式接管漂旋目标的抵近轨迹。

技术领域

本发明涉及一种漂旋目标分布式接管的抵近轨迹规划方法，尤其涉及适用于近地轨道上漂旋目标分布式协同接管的抵近轨迹设计方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

空间漂旋目标分布式接管的抵近轨迹设计在航天器的在轨服务中有着重要的工程实践价值，其不仅是在轨服务任务的必要前提，同时也是空间失效航天器消旋与接管的重要技术，因此漂旋目标的抵近轨迹设计技术具有重要的工程意义。漂旋目标抵近轨迹设计方法可分为势函数法和最优控制法两类，其中势函数法多与控制方法相结合，虽然操作简单，但在结果的最优性和鲁棒性上效果较差，也不利于在轨迹设计中考虑路径障碍约束之外的其他约束。最优控制方法虽然形式复杂，但其结果具备最优性并能够处理多种约束，能较好适用于漂旋目标的抵近轨迹设计这种复杂问题。尽管如此，目前基于最优控制的抵近轨迹设计方法还面临计算效率低、不适用于多航天器协同接管任务等缺点，难以处理高动态、强时变的漂旋目标协同接管抵近轨迹设计问题。基于此，本专利提出的一种漂旋目标分布式接管的抵近轨迹设计方法，不仅能适应多航天器协同接管漂旋目标的任务要求，而且还面向漂旋目标的消旋与接管提供了一种新的分布式接管方法，进而满足更多漂旋目标在轨服务任务的需求。

在已发展的关于漂旋目标协同接管的轨迹设计方法先技术[1]中(参见：Han F,Wang Z,He L,et al.Trajectory plan for an ultra-short distance on-orbitservice based on the Gaussian pseudo-spectral method[J].IEEE/CAA Journal ofAutomatica Sinica,2018,PP(99):1-9.)，给出了基于高斯伪谱法的近距离抵近轨迹规划方法，该方法建立漂旋目标的几何外包络模型，考虑了安全距离约束，但该方法提出的是一种时间固定计算方法，不仅最优性难以保证，而且计算耗时长。

在先技术中[2]中(参见：Ventura J,M Ciarcià,Romano M,et al.Fast andnear-optimal guidance for docking to uncontrolled spacecraft[J].Journal ofGuidance ControlDynamics,2017,40(12):3138-3154.)针对漂旋目标的抵近轨迹设计给出了一种规划方法，该方法使用多项式离散追踪器位姿运动轨迹，进而构建由多项式系数离散的非线性优化问题，虽然在计算效率上有一定提升，但没有考虑多追踪器的协同附着与后续接管消旋，距离工程应用尚有一定距离。

发明内容

本发明公开的一种漂旋目标分布式接管的抵近轨迹规划方法主要解决的技术问题是：通过附着终端约束条件的建立和多项式系数离散，对具有任意运动状态和任意目标附着位置的漂旋目标抵近轨迹进行高效规划，实现多追踪器对漂旋目标的分布式抵近接管。本发明具有如下优点：(1)操作便捷、可重复性高；(2)灵活性好，规划效率高；(3)对漂旋目标的运动状态和初值没有严格限制和约束；(4)规划所得轨迹光滑，方法安全可靠。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：