[發明專利]一種基于僅測角導航的閉環凸優化最優交會制導方法

有效

• 申請號: 201710414810.5
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107300386B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 羅建軍;呂東升;馬衛華;龔柏春;袁建平;朱戰霞;王明明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/24;G05B13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

一種基于僅測角導航的閉環凸優化最優交會制導方法，包括：1)建立可觀測性性能指標、燃料性能指標和誤差協方差性能指標；2)根據僅測角空間交會過程建立相對動力學約束、推力大小約束、軌跡約束和視場約束；3)設計凸優化最優制導流程；首先，采用當前的導航估計值作為優化問題的輸入；然后，對當前時刻進行兩次判斷，當t_i＞t_f時，終止程序，反之則繼續判斷，t_f為終端時刻；當時，求解凸優化問題并執行當前機動，反之執行上一求解時刻中對應的當前機動，是給定的凸優化問題求解時刻，如此往復循環，直至終端時刻程序終止；4)利用導航與制導的耦合屬性在線規劃最優制導律。本發明能保證可觀測性和燃料消耗最優，使制導軌跡相對于初始擾動具備魯棒性。

技術領域

本發明屬于導航與制導領域，涉及一種基于僅測角導航的閉環凸優化最優交會制導方法。

背景技術

相對導航與制導是航天器在軌自主服務領域和航天器自主捕獲與交會過程中的關鍵技術。目前一些用來測量相對運動信息的主動有源式導航傳感器，例如微波雷達、激光雷達等，由于體積大、功耗高、質量大和成本高等因素，在未來的非合作目標自主捕獲與交會應用中會受到很大限制，而基于角度信息測量的光學相機等無源被動式傳感器在這一方面卻有很大的優勢和應用前景，瑞典的PRISMA計劃對基于測角信息的相對導航與制導技術進行了部分驗證，美國的Raven計劃也將在近期對基于角度信息的相對導航與制導技術進行驗證。

總的來說，目前基于僅測角相對導航與制導的研究，主要集中在提高僅測角導航可觀測性的機動軌跡設計、可觀測性最優下的制導軌跡設計，而缺乏對同時滿足可觀測性和燃料消耗最小需求下的多約束僅測角最優制導，以及導航與制導一體化的閉環最優魯棒制導的研究。

由于現有的技術研究不能滿足實際交會過程的需要，因此為了貼近實際工程應用，需要從綜合考慮可觀測性和燃料消耗的指標要求，以及考慮實現多約束閉環在線最優交會魯棒制導的角度出發，來研究僅測角導航多約束閉環最優交會制導的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種基于僅測角導航的閉環凸優化最優交會制導方法，保證可觀測性和燃料消耗最優，使制導軌跡相對于初始擾動具備魯棒性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案包括以下步驟：

1)建立可觀測性性能指標、燃料性能指標和誤差協方差性能指標；

多目標優化的目標函數表示為：

J'＝w₁J_o+w₂J_f+w₃J_p

其中：將誤差協方差性能指標轉換為多目標優化問題的約束，得：

J＝wJ_o+(1-w)J_f

上式服從約束：||diag(P_k)||₂≤P_y，其中P_k表示k時刻的誤差協方差，P_y是一個常數；

2)根據僅測角空間交會過程建立相對動力學約束、推力大小約束、軌跡約束和視場約束；

3)設計凸優化最優制導流程；首先，采用當前的導航估計值作為優化問題的輸入；然后，對當前時刻進行兩次判斷，當t_i＞t_f時，終止程序，反之則繼續進行判斷，t_f為終端時刻；當時，求解凸優化問題并執行當前機動，反之執行上一求解時刻中對應的當前機動，是給定的凸優化問題求解時刻，如此往復循環，直至終端時刻程序終止；

4)利用導航與制導的耦合屬性來在線規劃最優制導律。