[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

说明书

本发明公开了一种航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划方法及系统，通过获取航天器抵近交会机动的相对轨道机动轨迹，并按照作用距离弧段对相对轨道机动轨迹进行分类，得到分类后的相对轨道机动轨迹；分别采用自然周期轨道轨迹规划法、基于继电型推力的连续最优轨迹线性规划方法以及图形化离散轨迹规划法分别对分类后的相对轨道机动轨迹进行规划，得到全流程相对轨道机动规划轨迹；本发明解决了航天器交会抵近相对轨道机动问题，将机动过程按照导航输入信息的不同划分为远距离、中距离、近距离三个阶段，并采用不同的规划方法分别对各阶段进行规划，最终实现全流程轨迹规划，确保优化结果收敛、燃耗最优、具有普遍使用性。

技术领域

本发明涉及航天器相对轨道控制技术领域，具体涉及一种航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划方法及系统。

背景技术

近年来，发射入轨的卫星或其他航天器平台能力逐步提升，几乎都具备轨道机动能力，航天任务的复杂性也正在逐步提升，卫星既可以独立作为个体完成在轨任务，又可以组成具有协同控制和信息交互能力的复杂分布式卫星系统实现单颗卫星无法实现的功能，甚至涉及到合作或非合作航天器协同，因此相对轨道控制技术起到了决定性作用。

相对轨道机动控制技术可极大程度拓展航天器空间应用前景和任务能力，控制算法上已经发展的比较成熟，但在实际在轨应用层面，却缺乏具有普适性工程可用的轨迹规划方案，主要原因如下：

1)航天器相对轨道机动控制的轨迹基线动态变化范围极大，可从数米到数千公里量级，测量手段难以完整覆盖；

2)相对轨迹由远及近获取的测量信息处于动态变化，测量精度、维度难以在整个轨迹规划过程中完全统一；

3)抵近交会过程中的控制精度随距离逼近逐步提升，对规划轨迹的精度要求也逐步提高，轨迹规划应逐渐收敛且确保有最优解。

已有航天器在轨抵近机动的连续轨迹规划方法总体上可分为连续优化和离散搜索两类。连续优化方法的数值求解依赖于初值猜测，约束越多求解也越困难，而且规划结果有可能是发散的；连续优化方法生成的轨迹比较平滑，但很难直接生成实时轨迹。离散搜索方法，需要对搜索空间正确离散，约束越多求解越容易，理论上可以确保收敛到全局最优解，但所生成的轨迹不平滑。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划方法及系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，一种航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划方法，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；

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；

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；

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。

另一方面，一种航天器抵近交会机动的全流程连续轨迹规划系统，包括：

相对轨道机动轨迹获取模块，用于获取航天器抵近交会机动的相对轨道机动轨迹；