[發明專利]考慮矩形視場的目標區域規避相對位姿一體化控制

有效

• 申請號: 202011423387.3
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112572834B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 郭延寧;王靚玥;馬廣富;呂躍勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

1.考慮矩形視場的目標區域規避相對位姿一體化控制，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立地心慣性坐標系、服務航天器本體坐標系與目標航天器本體坐標系；

步驟2、建立服務航天器相對于目標航天器的相對位姿一體化模型；

步驟3、根據航天器敏感元件的矩形視場范圍，建立考慮矩形視場的服務航天器與目標航天器的多約束模型，包括如下步驟：

步驟3.1、建立服務航天器的約束姿態模型：

以服務航天器敏感器為中心，構建一個中心方向長度為1的視場四棱錐；將服務航天器與目標航天器相對位置向量投影到四棱錐的底面矩形上一點，通過該投影點與底面矩形的位置關系判斷約束條件是否滿足；

當兩航天器滿足約束姿態時，即投影點應在底面矩形的內部；得到服務航天器的約束姿態模型為：

式中x^b表示服務航天器敏感元件視場中心方向向量，表示服務航天器敏感元件到視場水平邊緣方向向量；表示服務航天器敏感元件視場垂直邊緣方向向量；

步驟3.2、建立目標航天器的禁止區域模型：

以目標航天器敏感器為中心構建一個中心方向長度為1的視場四棱錐，并判斷兩航天器相對位置向量的投影點是否在四棱錐的底面矩形外；對于相對位置向量與視線中心向量夾角大于等于90度時，該向量不會投影在四棱錐底面，滿足禁止約束；當夾角小于90度且滿足禁止區域約束時，投影點在底面矩形的外部；

判斷相對位置向量與視線中心向量的夾角大小，當夾角大小大于等于90度時，當前狀態一定滿足禁止區域約束，故忽略這些狀態下的禁止區域約束的存在；當夾角小于90度時，目標航天器的禁止區域模型為以下兩式至少滿足一式即可：

式中y^t表示目標航天器敏感元件到視場中心向量，表示目標航天器敏感元件視場水平邊緣方向向量，表示目標航天器敏感元件視場垂直邊緣方向向量；

步驟4、根據多約束模型設計人工勢函數；

步驟5、結合相對位姿一體化模型、人工勢函數及李亞普諾夫函數第二法，設計相對位姿一體化控制律，并按照相對位姿一體化控制律進行控制。

2.根據權利要求1所述的考慮矩形視場的目標區域規避相對位姿一體化控制，其特征在于，步驟1中建立地心慣性坐標系、服務航天器本體坐標系與目標航天器本體坐標系，包括以下步驟：

步驟1.1、建立地心慣性坐標系：

地心慣性坐標系表示為O_iX_iY_iZ_i，其中O_i為地球質心，O_iX_i軸由O_i指向歷元J2000.0平黃道和平赤道的交點，O_iZ_i軸垂直于歷元J2000.0平赤道且指向北極，O_iX_iY_iZ_i成右手坐標系；

步驟1.2、建立服務航天器本體坐標系：

服務航天器本體坐標系表示為O_bX_bY_bZ_b，其中O_b為服務航天器質心，O_bX_b軸、O_bY_b軸、O_bZ_b軸與服務航天器的轉動慣量主軸重合，O_bX_bY_bZ_b成右手坐標系；

步驟1.3、建立目標航天器本體坐標系：

目標航天器本體坐標系表示為O_tX_tY_tZ_t，其中O_t為探測器質心，O_tX_t軸、O_tY_t軸、O_tZ_t軸與目標航天器的轉動慣量主軸重合，O_tX_tY_tZ_t成右手坐標系。