[发明专利]基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法

摘要

本发明公开了一种基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法。该方法用于实现目标航天器和跟踪航天器的自主避障和安全接近，包括步骤：建立坐标系、建立相对动力学方程、不确定性传播分析、计算碰撞概率、建立等碰撞概率线法、计算分析避障控制力、确定参数选择标准、计算跟踪控制力和计算总控制力。本发明的基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法，在考虑不确定性因素的影响下，仍具有计算量小和保证实时性的优点；且建立了一套等碰撞概率线梯度估计方法的参数选取原则，能便于选取势函数中的参数；同时，通过改进LQR控制器，能得到更高的控制精度和更高的鲁棒性。

主权项

1.一种基于等碰撞概率线法的航天器近距离安全操作控制方法，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自主避障和安全接近，所述方法包括：建立坐标系：建立历元J2000地球惯性坐标系，并在所述地球惯性坐标系的基础上建立所述目标航天器的轨道坐标系；建立相对动力学方程：在所述轨道坐标系下，建立所述跟踪航天器和所述目标航天器的相对运动方程，确定所述跟踪航天器的状态矢量；不确定性传播分析：对所述状态矢量进行解析计算，并根据所述状态矢量解析解、所述跟踪航天器的导航不确定性和控制输出不确定性，利用线性协方差方法获取不确定性的协方差矩阵；计算碰撞概率：利用所述协方差矩阵，确定所述跟踪航天器和所述目标航天器的碰撞概率计算公式，并利用所述碰撞概率计算公式对碰撞概率进行计算；建立等碰撞概率线法：根据所述碰撞概率计算公式获取所述目标航天器四周的等碰撞概率线，根据所述等碰撞概率线的分布及梯度变化，利用高斯形式的等碰撞概率线梯度估计方法确定是否对所述跟踪航天器施加避障控制力；计算分析所述避障控制力：利用所述高斯形式的等碰撞概率线梯度估计方法对施加于所述跟踪航天器的所述避障控制力进行计算分析；确定参数选择标准：利用所述避障控制力的计算分析结果，确定所述高斯形式的等碰撞概率线梯度估计方法中的正常数的数值选择范围，以使所述跟踪航天器与所述目标航天器不会发生碰撞；计算跟踪控制力：对所述跟踪航天器的LQR控制器进行改进，获取最优控制器和最优控制；计算总控制力：根据所述避障控制力和所述最优控制，确定所述跟踪航天器上的复合控制器。