[發明專利]一種航天器自動交會避障方法及系統

在審

• 申請號: 201910080483.3
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109696917A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 曹璐;陳小前;朱效洲;冉徳超;肖冰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

1.一種航天器自動交會避障方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取航天器的位置向量和期望位置向量；

根據所述位置向量和期望位置向量構建目標吸引勢函數；

基于sigmoid函數構建障礙物躲避勢函數；

根據所述目標吸引勢函數和所述障礙物躲避勢函數確定總體勢函數；

根據所述總體勢函數確定基于速度人工勢函數的控制律；

根據所述控制律對所述目標吸引勢函數進行狀態相關黎卡提方程優化，得到基于狀態相關黎卡提方程的次優速度人工勢函數控制器；

采用所述次優速度人工勢函數控制器控制所述航天器的飛行速度和姿態，使所述航天器達到期望位置并躲避障礙物。

2.根據權利要求1所述的航天器自動交會避障方法，其特征在于，所述根據所述位置向量和期望位置向量構建目標吸引勢函數，具體包括：

根據所述位置向量和期望位置向量構建目標吸引勢函數為其中φ_a為目標吸引勢函數；r為航天器的位置向量；r_f為航天器的期望位置向量；P為半正定矩陣。

3.根據權利要求1所述的航天器自動交會避障方法，其特征在于，所述基于sigmoid函數構建障礙物躲避勢函數，具體包括：

獲取所述sigmoid函數的勢場函數的一般形式其中γ為障礙物的影響范圍，N為障礙物的表面數，S_i為障礙物第i個面的數學表達式；

獲取所述航天器與所述障礙物質心的相對位置表達式S(r,r_o)＝1-(r-r_o)^TM_o(r-r_o)；其中S(r,r_o)為航天器和障礙物質心的相對位置；r為航天器的位置向量；r_o表示障礙物質心；M_o為障礙物的信息矩陣；

根據所述和所述相對位置表達式S(r,r_o)＝1-(r-r_o)^TM_o(r-r_o)構建所述障礙物躲避勢函數其中φ_r為航天器相對于障礙物的障礙物躲避勢函數；d為航天器和障礙物之間的最短歐拉距離；d_ct為航天器質心到期望位置的距離；d_ot為障礙物質心到期望位置的距離；d_s為最小的停止距離。

4.根據權利要求1所述的航天器自動交會避障方法，其特征在于，所述根據所述目標吸引勢函數和所述障礙物躲避勢函數確定總體勢函數，具體包括：

根據所述目標吸引勢函數和所述障礙物躲避勢函數確定所述總體勢函數其中φ為總體勢函數；k_a為引力勢能系數；k_r為斥力勢能系數，φ_a為目標吸引勢函數；為第i個障礙物引起的障礙物躲避勢函數，m為航天器周圍的障礙物個數。

5.根據權利要求1所述的航天器自動交會避障方法，其特征在于，所述根據所述總體勢函數確定基于速度人工勢函數的控制律，具體包括：

根據所述總體勢函數確定李雅普諾夫函數為其中V為李雅普諾夫函數；為總體勢函數φ關于航天器位置向量r的梯度；為航天器的速度；

對所述李雅普諾夫函數求一階導數，得到其中為李雅普諾夫函數的一階導數；H(φ)為總體勢函數φ的海森矩陣；為航天器的加速度；

確保所述為負，得到所述基于速度人工勢函數的控制律為

其中u_VAPF為基于速度人工勢函數的控制律；K為正定矩陣；為航天器系統輸出方程的輸出值。