[發明專利]一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略

有效

• 申請號: 201710225648.2
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107065547B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 袁建平;李琪;朱戰霞;袁源;馬衛華;何立文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 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<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略，針對非合作目標在軌服務任務，首先對自主交會過程進行任務分析，將整個交會過程分為非合作目標對接抓捕點跟蹤任務和碰撞規避任務，對上述兩種任務進行優先級排序，并對每種基本任務所對應的零空間進行求解，最后再根據零空間方法對這兩種任務進行綜合，將低優先級任務投影到高優先級任務的零空間，從而保證了交會軌跡的安全性。本發明所提供的基于零空間方法的自主交會策略是一種分層遞階控制的方法，它能夠確保高優先級任務最先得到完成，從而避免不同優先級任務之間發生沖突。基于零空間方法的非合作目標自主交會策略能夠同時實現對非合作目標對接抓捕點的跟蹤以及碰撞規避要求。

技術領域

本發明屬于航天器動力學領域，具體涉及一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略。

背景技術

隨著空間科學技術的快速發展，人類對于空間的探索活動也在近幾十年急劇增加。迄今為止，人類已經將數千顆人造衛星成功送入軌道，用于執行各種各樣的空間任務。然而就在全人類正在為自己所取得的巨大進步暗自高興時，人類也逐漸認識到了空間環境正在快速惡化。目前，空間碎片正在以一種“凱斯勒”效應在快速增長，同時現有的衛星都不具備可維修的能力，一旦出現故障就只能報廢。在這種情況下，空間在軌服務概念廣泛提及，與此同時在軌服務技術也成為了當前以及未來空間技術的研究熱點。空間在軌服務技術具有廣泛的應用前景，可以對空間故障衛星在軌維修、部件升級，可以對未成功入軌的衛星進行輔助入軌、任務恢復，也可以用于空間碎片清除與空間攻防對抗等領域。鑒于其對在空間態勢及國民經濟等方面的重大意義，世界各國紛紛展開了針對在軌服務技術的相關研究，包括軌道快車技術、工程試驗衛星-VII以及試驗衛星系統在內的多項任務都是對在軌服務相關技術的試驗與驗證。

在進行空間在軌操作時，通常需要經過以下幾個階段：自主安全交會，抓捕對接操作以及抓捕后穩定操作。其中，自主安全交會作為后續其他操作的前提，直接關系到了整個在軌服務的成敗。現有的針對合作目標的自主交會對接技術已經十分的成熟，并且被廣泛地應用于空間站補給、火星采樣返回等任務中。然而，對于非合作目標的自主交會技術從未進行過相關的在軌演示驗證，非合作目標自主交會技術仍是當前國內外研究的熱點。非合作目標是指那些不能通過星間鏈路傳遞自身信息，沒有合作標識器的一類空間物體。非合作目標在自身殘余角動量以及空間復雜攝動影響下通常會處于翻滾狀態，同時非合作目標的運動信息不能被服務航天器完全準確地獲得，這使得對于非合作的自主安全交會變得十分的困難。本發明對非合作目標的自主交會問題進行了研究，采用基于零空間方法的軌跡規劃算法，設計出一條安全的自主交會軌跡。零空間方法是一種能夠同時處理多種任務要求的方法，它根據任務的緊迫性不同，對不同任務進行優先級排序，將低優先級的任務向高優先級任務的零空間投影，從而保證低優先級的任務不會影響到高優先級任務的執行。只有當高優先級任務完成后才會完成低優先級任務，避免了任務之間的相互沖突。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略，對交會過程中的碰撞規避要求和對接點跟蹤要求進行優先級排序，從而規劃出一條安全的交會軌跡。

本發明采用以下技術方案：

一種基于零空間方法的非合作目標自主交會策略，首先對自主交會過程進行任務分析，將整個交會過程為非合作目標對接抓捕點跟蹤任務和碰撞規避任務，對所述非合作目標對接抓捕點跟蹤任務和碰撞規避任務進行優先級排序，并對每種基本任務所對應的零空間進行求解，最后再根據零空間方法對所述非合作目標對接抓捕點跟蹤任務和碰撞規避任務進行綜合，將低優先級任務投影到高優先級任務的零空間，從而保證了交會軌跡的安全性。

優選的，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律；

S2、對步驟S1所述非合作目標自主交會任務進行分解，并分別對所有基本任務進行分析描述；