[發(fā)明專利]一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710225648.2
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107065547B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁建平;李琪;朱戰(zhàn)霞;袁源;馬衛(wèi)華;何立文
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐文權(quán)<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略，其特征在于，首先對自主交會過程進行任務(wù)分析，將整個交會過程為非合作目標對接抓捕點跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)，對所述非合作目標對接抓捕點跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)進行優(yōu)先級排序，并對每種基本任務(wù)所對應(yīng)的零空間進行求解，最后再根據(jù)零空間方法對所述非合作目標對接抓捕點跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)進行綜合，將低優(yōu)先級任務(wù)投影到高優(yōu)先級任務(wù)的零空間，從而保證了交會軌跡的安全性，具體包括以下步驟：

S1、對空間非合作目標的翻滾運動進行建模，確定翻滾過程中抓捕對接點的運動規(guī)律，所述非合作目標的翻滾運動可以通過姿態(tài)運動方程描述如下：

其中，J_t表示非合作目標的慣量張量，ω_t表示非合作目標本體系相對于慣性坐標系的角速度矢量，表示非合作目標本體坐標系相對于慣性坐標系的姿態(tài)四元數(shù)，τ表示外界擾動力矩；

S2、對步驟S1所述非合作目標自主交會任務(wù)進行分解，并分別對所有基本任務(wù)進行分析描述，所述非合作目標自主交會任務(wù)包括碰撞規(guī)避任務(wù)和非合作目標對接抓捕點跟蹤任務(wù)；

所述碰撞規(guī)避任務(wù)為服務(wù)航天器和非合作目標之間的距離：

m₁＝min{||ρ-ρ_o||-d,0}

其中，m₁為碰撞規(guī)避任務(wù)中的可控變量，ρ表示當前服務(wù)航天器的位置矢量，ρ_o表示非合作目標的位置矢量，d表示交會過程中所設(shè)定的服務(wù)航天器和非合作目標之間的安全距離；

所述對接抓捕點跟蹤任務(wù)為：

m₂＝ρ

其中，m₂表示對對接抓捕點跟蹤任務(wù)中的可控變量；

S3、對所述基本任務(wù)進行優(yōu)先級排序，同時對其零空間進行求解；

S4、對步驟S3所述基本任務(wù)的速度輸出進行求解，并對整個自主交會任務(wù)的速度輸出進行綜合，得到整個任務(wù)的速度輸出，根據(jù)零空間方法，對所述碰撞規(guī)避任務(wù)和對接抓捕點跟蹤任務(wù)的輸出v進行綜合如下：

其中，v₁為碰撞規(guī)避任務(wù)的速度輸出，v₂為對接抓捕點任務(wù)的速度輸出，v表示任務(wù)綜合后的最終速度輸出；

S5、基于零空間方法生成自主交會軌跡，并進行仿真分析與驗證，具體為：

進行積分求解獲得最終的安全交會軌跡如下：

在數(shù)值求解過程中對上述積分進行離散化，得到如下：

ρ_safe(t_k)＝ρ_safe(t_k-1)+v(t_k)Δt

其中t_k表示第k個采樣時間，ρ_safe(t_k)表示t_k時刻由零空間方法得到的安全位置矢量，Δt表示采樣周期；

假設(shè)非合作目標的慣量矩陣為：

J_t＝diag(10,15,10)kg/m²

其中，初始角速度為ω_t＝[0.4,0.5,0.8]^Trad/s，初始的姿態(tài)四元數(shù)為q(0)＝[1,0,0,0]^T，假定非合作目標位于圓軌道上軌道半徑為r＝7178160(m)，軌道傾角i、經(jīng)地點幅角Ω、以及緯度幅角都取為0rad，同時服務(wù)航天器相對于目標的初始位置設(shè)置為ρ(0)＝[15；8；5](m)，交會過程中的安全距離d＝2(m)，對抓捕點在目標本體坐標系中的位置矢量為r_d＝[0,0,-2]^T(m)，任務(wù)增益λ₁和λ₂都取為0.8。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略，其特征在于，所述非合作目標對接抓捕點在目標軌道坐標系中的表示為：

其中，r_d表示對接抓捕點在目標本體坐標系中的分量，表示由慣性坐標系到目標軌道系的方向余弦矩陣，表示由慣性坐標系到目標本體坐標系的方向余弦矩陣，ρ_d表示對接抓捕點在目標軌道坐標系中的分量，表示對方向余弦矩陣的轉(zhuǎn)置。