[發明專利]航天器交會對接飛行控制智能數據分析與決策支持系統

有效

• 申請號: 201910140961.5
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN110262280B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 解永春;陳朝暉;王振華;胡軍;張強;羅谷清;張國峰;張昊;李曉鋒;陳長青;江云松;吳昊
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G06F16/2458;G06F30/20;G06F30/15;G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明公開了一種航天器交會對接飛行控制智能數據分析與決策支持系統，包括：飛行控制實時數據采集處理模塊、飛行控制仿真與驗證模塊、多源數據融合與處理模塊、內存數據庫處理模塊、飛行控制智能分析模塊和飛行控制決策支持模塊。本發明實現了航天器在軌交會對接等飛行控制任務過程中飛行控制任務的安全性的確認；對于實時飛控數據監視判讀、分析比對和預估預報，提供給飛行控制決策者航天器當前的飛行狀態信息與未來運行狀態的預估預報信息，便于其更加快速準確地對于飛行控制事件做出準確地判斷；為航天器的飛行控制決策提供重要依據，確保了交會對接的安全性。

技術領域

本發明屬于航天器地面飛行控制與支持技術領域，涉及一種航天器交會對接飛行控制智能數據分析與決策支持系統。

背景技術

航天器工程是高風險、高投入、高復雜度的系統工程。航天器飛行控制是航天工程的重要組成部分。空間交會對接是航天器飛行控制中難度大、重要程度高的任務，航天器空間交會對接過程由兩個或兩個以上的航天器在空間軌道上完成交會和對接，相對速度和軌跡需要控制在一定的安全范圍內，交會過程中相對導航敏感器、執行機構的運行狀態的正確性影響到運行的安全。上述情況要求飛行控制準確無誤，故障措施應對及時有效。是完成諸如空間站在軌組建、、天體返回采樣、載人空間探測等復雜空間任務的關鍵環節。空間交會對接在航天領域中應用非常廣泛，是完成諸如空間站的組建、航天員定期輪換、空間往返運輸、天體采樣返回、載人登月、載人登火星、航天器在軌服務等復雜空間任務的關鍵環節。

交會對接的制導是考慮燃料消耗以及交會時間等約束，規劃合理的交會運動軌跡，并給出實現該運動軌跡的變軌速度增量；交會對接的導航是利用測量敏感器的測量信息，結合航天器的運動模型，通過設計濾波算法，得到制導與控制環節所需要的平動和轉動參數的估計值；交會對接控制信息是基于導航信息，依據制導和姿態控制要求，通過一定的算法計算得到需要施加在航天器(通常是追蹤器)上的控制力和控制力拒，并通過發動機等執行機構實施控制作用。交會對接制導、導航與控制的最終目標是在兩航天器對接機構接觸前，通過控制追蹤器相對于目標器的位置、速度、姿態角和姿態角速度，滿足兩對接結構對接需要的初始條件。

交會對接飛行控制中需要監控的數據量增長，飛行控制決策越來越依賴于對實時飛控數據、仿真驗證數據的判讀比對。面對日益復雜的航天器在軌飛行控制任務，雖然航天器自主飛行能力以及自動化、智能化水平已經有了很大程度的提升，但是在很多重大飛行事件執行時依然需要地面人員的參與。尤其面對交會對接這種涉及多個航天器協同控制，安全性、時效性要求非常高的情況，目前國內外依然選擇主要依靠地面進行決策和干預。

為了便于飛控決策的正確性，通常在航天器飛行控制任務過程中會采取輔助支持手段幫助決策，目前常規的方法通常有飛行控制實時遙測數據監視、方案數學仿真運算、目標機伴隨驗證等方式。例如歐空局(ESA)廣泛采用一種可配置的模擬器(框架)工具EuroSim，其主要功能是構建可配置的模擬器，以實現數字仿真。伽馬射線觀測器(GRO)的控制中心開發了兩個工具——備用控制模式分析與應用系統(BCAUS)和專家系統預報器(ESP)，這是為確定星上控制系統模式故障切換原因而采用的神經網絡和專家系統診斷工具。BCAUS通過分析遙測值的發展趨勢來開始其診斷過程。ESA下屬的歐洲航天測控中心(ESOC)及歐洲空間研究和技術中心(ESTEC)以探測彗星內核的科學衛星ROSETTA任務為應用背景定義了一種方法，即把為中央檢測系統開發的結果再用于飛行控制系統。后來，ESA的其他科學衛星如火星快車(Mars Express)任務也沿用了這種方法。美國NASA戈達德空間飛行中心的通信鏈路專家輔助對策系統(CLEAR)是用于診斷宇宙背景探測者(COBE)與跟蹤和數據中繼衛星(TDRS)間通信鏈路故障的專家系統，能夠隔離飛行過程中發生的故障，并且實現了對實時飛行數據進行故障診斷和分析。美國Integral Systems公司開發的仿真支持系統EPOCH 2000配有趨勢分析軟件EPOCH ABE，提供支持飛行任務測控操作功能。