[发明专利]航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划方法及系统

权利要求书

1.一种航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取航天器抵近交会机动的相对轨道机动轨迹；

S2、按照作用距离弧段对相对轨道机动轨迹进行分类，得到第一相对轨道机动轨迹、第二相对轨道机动轨迹以及第三相对轨道机动轨迹；

S3、利用自然周期轨道轨迹规划法对第三相对轨道机动轨迹进行规划，得到规划后的第三相对轨道机动轨迹；具体为：

构建第三规划模型，并利用第三规划模型对第三相对轨道机动轨迹进行规划，使得第三相对轨道机动轨迹的轨迹视界角收敛；其中第三规划模型表示为：

minJ＝ΔV_total

t_total≤t_lim

其中，J为目标函数；ΔV_total为机动过程所需的总速度增量；min(.)为最小函数；α为收敛值；t_total为机动过程所需的总时间；t_lim为机动过程所需的最低时间限制；arctan(.)为反正切函数；N为第三相对轨道机动轨迹的机动段；X(k)为当前离散周期k的状态变量；X(k-1)为上一离散周期k-1的状态变量；

S4、利用基于继电型推力的连续最优轨迹线性规划方法对第二相对轨道机动轨迹进行规划，得到规划后的第二相对轨道机动轨迹；具体为：

B1、将利用继电型推力等效替代第二相对轨道机动轨迹上的脉冲推力，并根据继电型推力构建离散化轨道动力学状态方程，其离散化轨道动力学状态方程表示为：

X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)

其中，u(k)为当前离散周期k下状态变量X(k)所对应的控制变量；A、B分别为状态方程的系数矩阵；X(k+1)为下一离散周期k+1的状态变量；

B2、根据离散化轨道动力学状态方程构建第二规划模型；其中第二规划模型表示为：

s.t.[A^k-1B A^k-2B…AB B][u(0)…u(k-1)]^T＝X_f-A^NX₀

Γ[u(0)…u(k-1)]^T≤β

其中，J^*为目标函数；[.]^T为矩阵的转置；A^k-1为上一离散周期k-1下状态方程的系数矩阵；A^k-2为上一离散周期k-2下状态方程的系数矩阵；N为控制变量施加序列次数；|.|为绝对值函数；X_f为规划终点的状态变量；A^N为第N次控制变量施加序列下状态方程的系数矩阵；X₀为规划起点的状态变量；Γ[.]、β分别为规划约束系数矩阵；u(.)为当前离散周期下状态变量所对应的控制变量；

B3、将第二规划模型中约束条件优化为凸约束边界，得到优化后的第二规划模型；

B4、利用优化后的第二规划模型对第二相对轨道机动轨迹进行规划，得到规划后的第二相对轨道机动轨迹；

S5、利用图形化离散轨迹规划法对第一相对轨道机动轨迹进行规划，得到规划后的第一相对轨道机动轨迹；步骤S5具体为：

C1、根据第一相对轨道机动轨迹构建网格空间；

C2、按照网格空间，对各网格节点进行节点拓展，得到各网格节点的待扩展节点；

C3、根据各网格节点的待扩展节点计算代价评估函数，并选择最小代价评估函数值所对应的待扩展节点作为该网格节点的下一个节点；其中代价评估函数表示为：

f(n)＝g(n)+h(n)

其中，f(n)为当前节点n的代价评估函数值；g(n)为从起始点到当前节点n的实际代价值；h(n)为当前节点n到目标节点的代价估计值；

C4、遍历网格空间上各节点，得到规划后的第一相对轨道机动轨迹；

S6、根据得到规划后的第三相对轨道机动轨迹、第二相对轨道机动轨迹以及第一相对轨道机动轨迹构建全流程相对轨道机动规划轨迹。