[發(fā)明專利]一種用于非合作機動目標攔截的軌道控制方法

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• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108279703A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 李小魁;付國定;栗科峰;閆絮;黃應利;宋高峰;李春江;鄧懷俊;鄧杰
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/12
• 代理公司: 鄭州金成知識產(chǎn)權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

1.一種用于非合作機動目標攔截的軌道控制方法，利用遠程導引部分的變軌過程，使追蹤星達到目標區(qū)域，追蹤星在目標區(qū)域探測到目標星，并進入相對運動自主控制階段，然后追蹤星對目標星的機動運動參數(shù)進行估計，最后根據(jù)對目標星運動參數(shù)的估計實現(xiàn)追蹤星近距離跟蹤逼近控制，最終實現(xiàn)追蹤星對目標星的攔截操作，其具體方法為：

A、通過以燃料優(yōu)化為目標，建立兩脈沖變軌控制模型，通過由變軌控制模型形成的遠程導引部分對追蹤星進行軌道轉(zhuǎn)移，使追蹤星在特定時間到達離目標星100km以內(nèi)的軌道上，進入追蹤星可以探測到目標星的范圍內(nèi)，之后由追蹤星進行自主控制；

B、以追蹤星為原點，追蹤星軌道半徑方向為x軸，速度方向為y軸，由右手守則決定z軸，在追蹤星的軌道坐標系上建立線性相對運動模型；

C、在目標星機動時，根據(jù)卡爾曼濾波原理建立運動參數(shù)估計模型，并通過將外在攝動力和控制力作為一個整體，攝動因素認為是一種特殊的機動控制力，對運動參數(shù)估計模型進行簡化，實現(xiàn)對目標星進行運動估計，其中，運動估計包括：a、當目標星沒有機動，處于自由飛行狀態(tài)，則直接根據(jù)相對運動模型推導兩星的相對運動；

b、當目標星存在機動加速度，利用最終狀態(tài)更新值和相對運動模型推導值之差可知在不考慮機動性模型偏差的情況下目標星實際運動的運動參數(shù)，并用以下公式獲得目標星運動的三軸加速度值；

D、根據(jù)對目標星運動參數(shù)的獲取實現(xiàn)追蹤星近距離跟蹤逼近控制，最終完成攔截，其中近距離跟蹤逼近控制包括：a、在目標星未機動前采取最優(yōu)控制的優(yōu)化軌道逼近目標，根據(jù)追蹤星與目標星的相對運動模型可以得到一條時間-燃料綜合優(yōu)化的攔截飛行軌道；

b、在目標星機動后脫離追蹤星的攔截飛行軌道，則追蹤星根據(jù)目標星機動參數(shù)估計的誤差、相對運動模型的參數(shù)變化，采用具有完全魯棒性的滑模控制的方式進行精確逼近。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于非合作機動目標攔截的軌道控制方法，其特征是：所述追蹤星自主控制的作用力為脈沖式,給定目標軌道后，根據(jù)燃料優(yōu)化條件，變軌控制模型表述如下：

min f(x) (2)

g_j(x)≤0(j＝1,2,...,m)

h_k(x)＝0(k＝1,2,...,l)

變軌方式采用兩脈沖變軌，即在t₁時刻給衛(wèi)星以速度增量△v₁，第一次變軌后的軌道應滿足在t₂時刻與目標位置交匯，然后在t₂時刻給衛(wèi)星以速度增量△v₂，使得衛(wèi)星在目標軌道上運行；綜合考慮燃料最優(yōu)和目標位誤差因素，建立變軌優(yōu)化目標為：

其中Err為速度位置誤差，c為權重參數(shù)，優(yōu)化對象為燃料，同時盡可能使得Err最小；假設初始時刻追蹤星軌道根數(shù)為Tcoe₀，目標星軌道根數(shù)為Ccoe₀，函數(shù)g可以利用初始軌道根數(shù)求得任意t時刻衛(wèi)星的位置和速度矢量rv，函數(shù)h可以利用初始時刻衛(wèi)星的位置和速度矢量rv求得任意t時刻衛(wèi)星的軌道根數(shù)；函數(shù)g和h可以利用以下公式推導獲得：

其中M為平近點角，E為偏近點角，f為真近點角，a是軌道半長軸；

利用上述結論及初始假設可以推導出變軌模型約束；

追蹤星第一次變軌前位置速度矢量為：

rv₁＝g(Tcoe₀,t₁) (5)

追蹤星施加第一次脈沖后的速度為：

v₂＝v₁+△v₁ (6)

其中v₁為rv₁中速度分量；

追蹤星施加第一次脈沖后軌道根數(shù)為：

Tcoe₁＝h(rv₂,0) (7)

其中rv₂為變速后瞬間位置速度矢量；

追蹤星第二次變軌前位置速度矢量為：

rv₃＝g(Ccoe₁,t₂-t₁) (8)

追蹤星施加第二次脈沖后的速度為：

v_t＝v₃+△v₂ (9)

其中v₃為rv₃中速度分量；

目標星在t₂時刻的位置速度矢量為：

rv_t＝g(Ccoe₀,t₂) (10)

從而速度位置誤差為

Err＝rv_t-rv_c (11)

上述方程建立了追蹤星變軌機動中的模型約束，因不需要考慮碰撞的安全因素，即給定一個初始預測值，就可以利用非線性規(guī)劃方法求出一個最優(yōu)值，這個最優(yōu)值包括兩次變軌時間和每次變軌的速度增量。