[發明專利]一種航天器逃逸路徑規劃方法及系統

有效

• 申請號: 201811036579.1
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109238287B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 羅亞中;祝海;李振瑜;孫振江;張進
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/24;G05D1/10
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開了一種航天器逃逸路徑規劃方法及系統，該方法包括：1)基于近圓偏差方程構造微分對策的哈密頓函數和終端約束函數；2)求解微分對策的協態方程，得到協態量解析演化公式；3)求解微分對策最優控制方程，得到最優控制量解析表達式；4)求解微分對策橫截條件，得到哈密頓量和協態量的終端值；5)迭代求解一個非線性方程組，得到微分對策的鞍點；6)根據微分對策的鞍點規劃逃逸航天器的逃逸路徑。本發明能夠快速求解航天器追逃微分對策的鞍點，該鞍點對應的追逃雙邊最優控制律能夠為航天器規避空間威脅、規劃博弈路徑，具有設計方法正確合理、計算過程快速有效、對實際任務的適用性好等優點。

技術領域

本發明涉及基于生存型微分對策的航天器追逃博弈路徑規劃技術領域，具體涉及一種航天器逃逸路徑規劃方法及系統。

背景技術

航天器追逃博弈路徑規劃技術是以航天器追逃問題為背景研究的一種被動性、防御性的空間技術。當追蹤航天器企圖接近目標航天器時，具備機動能力的目標航天器(也叫做逃逸航天器)可通過規劃最優的逃逸路徑有效規避空間威脅，提高自身的生存能力。因此，該技術對于我國空間安全具有重要意義。

兩個航天器之間的追逃博弈是一個連續動態的對抗過程，可以用微分對策的理論進行建模和分析。微分對策總體上可以分為定性微分對策和定量微分對策，生存型微分對策是定量微分對策的一種，是在追蹤航天器占據明顯推力優勢時，研究如何最大化逃逸航天器的存活時間的一種對策。微分對策的鞍點是雙方博弈的納什均衡點，鞍點處微分對策的解對應著雙邊最優的追逃博弈路徑和控制律，為逃逸航天器實施規避機動提供有效參考。對于微分對策理論的詳細介紹可參考李登峰所著的《微分對策及其應用》一書。

在求解航天器生存型追逃微分對策的鞍點時，通常需要求解高維的兩點邊值問題。目前對該兩點邊值問題的求解只有數值方法，包括直接配點法、半直接配點法，以及間接打靶法。但這些方法求解過程復雜，求解時間長，不適合實際工程需求，因此需要新的探索。

發明內容

本發明特提出一種航天器逃逸規劃方法及系統，以克服現有技術中求解過程復雜、耗費時間長等缺陷，降低了求解復雜度，大大縮短求解時間，復合實際工程需求。

為實現上述目的，本發明提供一種航天器逃逸路徑規劃方法，包括以下步驟：

S1，基于近圓偏差線性模型，以追蹤航天器與逃逸航天器軌道偏差要素之差為狀態變量構造微分對策的哈密頓函數，根據哈密頓函數并以追蹤航天器成功攔截逃逸航天器為結束條件構造微分對策的終端約束函數；

S2，根據哈密頓函數求解微分對策的協態方程，得到協態變量解析演化公式；

S3，根據哈密頓函數求解微分對策最優控制方程，得到最優控制量解析表達式；

S4，根據哈密頓函數和終端約束函數求解微分對策橫截條件，根據橫截條件得到哈密頓量和協態量的終端值；

S5，根據協態量解析演化公式、最優控制量解析表達式、哈密頓量和協態量的終端值及迭代求解非線性方程組(25)，得到微分對策的鞍點；

S6，根據微分對策的鞍點規劃逃逸航天器的逃逸路徑。

為實現上述目的，本發明還提供一種航天器逃逸路徑規劃系統，包括處理器和存儲器，所述存儲器存儲有航天器逃逸路徑規劃程序，所述處理器在運行所述航天器逃逸路徑規劃程序時執行上述方法的步驟。

本發明提供的航天器逃逸路徑規劃方法及系統的優點如下：

1、本發明降低了問題維度，將傳統24維兩點邊值問題轉化為只含4個參數非線性方程組，可以高效地求解鞍點。

2、解析條件的推導應用，對鞍點的定位相比傳統直接法更加準確，也更容易反映追逃博弈的一般規律。

附圖說明：