[發明專利]一種航天器姿態機動路徑的規劃方法及裝置

在審

• 申請號: 202010955228.1
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112180722A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 武長青;韓笑冬;宮江雷;邢川;王亞坤
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王永芳

本申請公開了一種航天器姿態機動路徑的規劃方法及裝置，該方法包括：根據預設的編碼方法確定出待規劃的航天器姿軌態機動路徑中至少一個中間節點，以及確定待規劃的航天器姿軌態機動路徑對應的個體向量，并根據個體向量確定出航天器姿態狀態集；根據預設的評價函數判斷航天器姿態狀態集合是否滿足預設條件；若不滿足，則重新確定出新的個體向量，并根據新的個體向量確定出新的航天器姿態狀態集合，直到新的航天器姿態狀態集合滿足預設條件為止，根據最后一次所確定出的航天器姿態狀態集合得到航天器姿軌態機動路徑。本申請解決了現有技術中航天器路徑規劃的魯棒性較差的技術問題。

技術領域

本申請涉及航天器姿態路徑規劃技術領域，尤其涉及一種航天器姿態機動路徑的規劃方法及裝置。

背景技術

航天器在軌運行或執行科學任務期間，需要控制航天器進行大量姿態機動，從當前姿態指向另一預定的目標姿態。在姿態機動過程中，航天器必須滿足一系列的姿態指向約束，例如，某些光學敏感器(如：紅外敏感元件或弱光敏感元件等)不能指向強光天體；對目標進行觀測時，照相機或者其他遙感器要指向觀測目標；航天器上的能源裝置-太陽電池翼要指向太陽；穿越行星環或小行星帶時，未經加固的表面不能指向容易受到撞擊的方向等。在哈勃空間望遠鏡等航天器上都存在著這些姿態指向約束，這極大地限制了航天器在姿態機動過程中的可行區域。因此，航天器姿態機動路徑規劃對航天器在軌運行或執行科學任務有著重要的影響。

目前，對于指向約束下的航天器姿態機動路徑規劃方法主要包括隨機運動規劃算法、勢能函數算法、以及非線性規劃法等，但是現有的針對指向約束下所規劃出的航天器姿態機動路徑，滿足約束能力各不相同，未考慮到機動路徑距離、時間和能量等優化指標，由于航天器自身資源有限，使得航天器路徑規劃的魯棒性較差。

發明內容

本申請解決的技術問題是：針對現有技術中航天器姿態機動路徑規劃的魯棒性較差的問題，提供了一種航天器姿態機動路徑的規劃方法及裝置，本申請實施例所提供的方案中，即基于姿態信息和時間信息的編碼方法以及評價函數對航天器姿態機動路徑規劃，提高了航天器姿態機動路徑規劃效率，進而提高了對航天器姿態機動路徑規劃的魯棒性。

第一方面，本申請實施例提供一種航天器姿態機動路徑的規劃方法，該方法包括：

根據預設的編碼方法確定出待規劃的航天器姿軌態機動路徑中除起始節點和目標節點之外的至少一個中間節點，以及確定所述待規劃的航天器姿軌態機動路徑對應的個體向量，并根據所述個體向量確定出航天器姿態狀態集，其中，所述個體向量包括所述待規劃的航天器姿軌態機動路徑上每個節點的姿態信息和時間信息；

根據預設的評價函數判斷所述航天器姿態狀態集合是否滿足預設條件；

若不滿足，則重新確定出新的個體向量，并根據所述新的個體向量確定出新的航天器姿態狀態集合，直到所述新的航天器姿態狀態集合滿足所述預設條件為止，根據最后一次所確定出的航天器姿態狀態集合得到航天器姿軌態機動路徑。

可選地，所述個體向量通過下式表示：

其中，Δt_k-1k表示第k-1個節點向第k個節點變化的時間，k∈(1，2，…，n)，n表示所述中間節點的總個數，n為不小于1的正整數；ω_k表示第k個節點的姿態角速度；Δt_k表示第k個節點姿態角速度保持不變的時間；Δt_nf表示第n個節點向目標節點變化的時間。

可選地，根據所述個體向量確定出航天器姿態狀態集合，包括：

根據所述每個節點所對應的時間信息確定所述待規劃的航天器姿軌態機動路徑對應的總機動時間，根據所述姿態信息和所述總機動時間確定所述每個節點對應的控制力矩和狀態四元素；

根據所述每個節點對應的控制力矩、所述狀態四元素以及所述姿態信息確定出所述航天器姿態狀態集合。