[發明專利]基于飛行安全區法的航天器集群飛行控制方法

有效

• 申請號: 202110141928.1
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112987777B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 朱效洲;姚雯;陳小前;王祎
• 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: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文

1.一種基于飛行安全區法的航天器集群飛行控制方法，其特征在于，所述方法用于實現目標航天器和跟蹤航天器的安全飛行控制，所述方法包括：

將目標航天器簡化為最小外包絡橢球，利用碰撞概率密度函數計算碰撞概率；

基于碰撞概率，將目標航天器的外區域由遠至近依次劃分為非規避區、安全機動區和終端接近區；

當跟蹤航天器位于非規避區時，跟蹤航天器不做避障控制；當跟蹤航天器位于安全機動區時，利用改進等碰撞概率線法生成避障控制力，根據避障控制力對跟蹤航天器進行避障控制；當跟蹤航天器位于終端接近區時，利用自適應混合高斯模型法生成避障控制力，根據避障控制力對跟蹤航天器進行避障控制；

非規避區包括絕對安全區、遠距離接近區和相位調整區；

絕對安全區為碰撞概率在1×10^-5以下的區域，當跟蹤航天器位于絕對安全區時，跟蹤航天器不做避障控制，以第一設定時間間隔計算跟蹤航天器當前所在位置對應的碰撞概率；

遠距離接近區為碰撞概率大于1×10^-5且小于1×10^-4的區域，當跟蹤航天器位于遠距離接近區時，跟蹤航天器不做避障控制，以第二設定時間間隔計算跟蹤航天器當前所在位置對應的碰撞概率；

相位調整區為碰撞概率在1×10^-4以上且滿足以下公式2的區域，當跟蹤航天器位于相位調整區時，跟蹤航天器不做避障控制，以第三設定時間間隔計算跟蹤航天器當前所在位置對應的碰撞概率；

其中，x_t和y_t分別表示t時刻跟蹤航天器在目標航天器的軌道坐標系的x方向和y方向上的坐標，D₇表示安全機動區的作用范圍。

2.根據權利要求1所述的基于飛行安全區法的航天器集群飛行控制方法，其特征在于，碰撞概率密度函數為：

其中，P_c(r_1-t)表示碰撞概率，r_1-t＝[x_t,y_t]^T表示t時刻跟蹤航天器在目標航天器的軌道坐標系下的相對位置，x_t和y_t分別表示t時刻跟蹤航天器在軌道坐標系的x方向和y方向上的坐標，表示相對位置r_1-t不確定性的協方差矩陣，和表示相對位置r_1-t的協方差，e表示自然常數，表示目標航天器的幾何外形，R₀表示目標航天器的幾何尺寸半徑，r_2-t表示在目標航天器的幾何區域中的相對位置。

3.根據權利要求1所述的基于飛行安全區法的航天器集群飛行控制方法，其特征在于，第三設定時間間隔小于第二設定時間間隔，第二設定時間間隔小于第一設定時間間隔。

4.根據權利要求1所述的基于飛行安全區法的航天器集群飛行控制方法，其特征在于，安全機動區為滿足以下公式3的區域，當跟蹤航天器位于安全機動區時，利用改進等碰撞概率線法生成避障控制力，根據避障控制力對跟蹤航天器進行避障控制；

其中，x_t和y_t分別表示t時刻跟蹤航天器在目標航天器的軌道坐標系的x方向和y方向上的坐標，D₇表示安全機動區的作用范圍，D₀表示等碰撞概率線作用區域的半徑。

5.根據權利要求4所述的基于飛行安全區法的航天器集群飛行控制方法，其特征在于，當跟蹤航天器位于安全機動區時，避障控制力利用以下公式6和公式7計算；

其中，F_repel表示避障控制力，表示改進型排斥力函數，r_1-t表示t時刻跟蹤航天器在目標航天器的軌道坐標系下的相對位置，表示梯度函數，表示改進型排斥力函數對相對位置r_1-t求導的梯度，表示相對位置不確定性的協方差矩陣，D₀表示等碰撞概率線作用區域的半徑。