[發(fā)明專利]一種航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑的規(guī)劃方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010955228.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN112180722A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武長(zhǎng)青;韓笑冬;宮江雷;邢川;王亞坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王永芳

1.一種航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑的規(guī)劃方法，其特征在于，包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的編碼方法確定出待規(guī)劃的航天器姿軌態(tài)機(jī)動(dòng)路徑中除起始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之外的至少一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，以及確定所述待規(guī)劃的航天器姿軌態(tài)機(jī)動(dòng)路徑對(duì)應(yīng)的個(gè)體向量，并根據(jù)所述個(gè)體向量確定出航天器姿態(tài)狀態(tài)集，其中，所述個(gè)體向量包括所述待規(guī)劃的航天器姿軌態(tài)機(jī)動(dòng)路徑上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的姿態(tài)信息和時(shí)間信息；

根據(jù)預(yù)設(shè)的評(píng)價(jià)函數(shù)判斷所述航天器姿態(tài)狀態(tài)集合是否滿足預(yù)設(shè)條件；

若不滿足，則重新確定出新的個(gè)體向量，并根據(jù)所述新的個(gè)體向量確定出新的航天器姿態(tài)狀態(tài)集合，直到所述新的航天器姿態(tài)狀態(tài)集合滿足所述預(yù)設(shè)條件為止，根據(jù)最后一次所確定出的航天器姿態(tài)狀態(tài)集合得到航天器姿軌態(tài)機(jī)動(dòng)路徑。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述個(gè)體向量通過下式表示：

其中，Δt_k-1k表示第k-1個(gè)節(jié)點(diǎn)向第k個(gè)節(jié)點(diǎn)變化的時(shí)間，k∈(1，2，…，n)，n表示所述中間節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，n為不小于1的正整數(shù)；ω_k表示第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的姿態(tài)角速度；Δt_k表示第k個(gè)節(jié)點(diǎn)姿態(tài)角速度保持不變的時(shí)間；Δt_nf表示第n個(gè)節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)變化的時(shí)間。

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述個(gè)體向量確定出航天器姿態(tài)狀態(tài)集合，包括：

根據(jù)所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息確定所述待規(guī)劃的航天器姿軌態(tài)機(jī)動(dòng)路徑對(duì)應(yīng)的總機(jī)動(dòng)時(shí)間，根據(jù)所述姿態(tài)信息和所述總機(jī)動(dòng)時(shí)間確定所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制力矩和狀態(tài)四元素；

根據(jù)所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制力矩、所述狀態(tài)四元素以及所述姿態(tài)信息確定出所述航天器姿態(tài)狀態(tài)集合。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述姿態(tài)信息和所述總機(jī)動(dòng)時(shí)間確定所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制力矩和狀態(tài)四元素，包括：

通過如下公式確定所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制力矩和狀態(tài)四元素：

其中，u(k+1)表示第k+1個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制力矩；q(k+1)表示第k+1個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)四元素；Q(k)表示表示第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)四元素矩陣。

5.如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的評(píng)價(jià)函數(shù)包括：機(jī)動(dòng)時(shí)間的評(píng)價(jià)函數(shù)、路徑指向約束的評(píng)價(jià)函數(shù)、能量有界約束的評(píng)價(jià)函數(shù)以及終端約束的評(píng)價(jià)函數(shù)。

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的評(píng)價(jià)函數(shù)通過下式表示：

J＝J_t+J_g+J_u+J_q

J_t＝t_f

其中，J表示預(yù)設(shè)的評(píng)價(jià)函數(shù)；J_t表示所述機(jī)動(dòng)時(shí)間的評(píng)價(jià)函數(shù)；t_f表示所述總機(jī)動(dòng)時(shí)間；J_g表示路徑指向約束的評(píng)價(jià)函數(shù)，J_g1表示禁忌約束評(píng)價(jià)函數(shù)，J_g2表示強(qiáng)制約束評(píng)價(jià)函數(shù)；J_u表示所述能量有界約束的評(píng)價(jià)函數(shù)；u_i(k)表示第k節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的控制力矩的第i個(gè)值，γ_T表示力矩約束；J_q表示所述終端約束的評(píng)價(jià)函數(shù)；q_e0表示最后一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)四元素之差的第一個(gè)元素。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述禁忌約束評(píng)價(jià)函數(shù)和所述強(qiáng)制約束評(píng)價(jià)函數(shù)通過下式表示：

其中，K_f表示禁忌約束約束矩陣；K_m表示強(qiáng)制約束約束矩陣。