[發(fā)明專利]基于飛行安全區(qū)法的航天器集群飛行控制方法

有效

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• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112987777B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)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(chuàng)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(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文

本發(fā)明公開了一種基于飛行安全區(qū)法的航天器集群飛行控制方法，包括：利用碰撞概率密度函數(shù)計算碰撞概率；基于碰撞概率，將目標航天器的外區(qū)域依次劃分為非規(guī)避區(qū)、安全機動區(qū)和終端接近區(qū)；當跟蹤航天器位于非規(guī)避區(qū)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(qū)時，利用改進等碰撞概率線法生成避障控制力，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(qū)時，利用自適應混合高斯模型法生成避障控制力，對跟蹤航天器進行避障控制。本發(fā)明的基于飛行安全區(qū)法的航天器集群飛行控制方法能夠在考慮任意復雜外形的目標航天器和不確定性因素影響的情況下，實現(xiàn)航天器集群的安全飛行控制，計算工作少，控制精度高。

技術領域

本發(fā)明涉及航天器運動控制技術領域，具體涉及一種基于飛行安全區(qū)法的航天器集群飛行控制方法。

背景技術

近年來，航天器在軌失效事件日漸增多，為了降低在軌失效事件發(fā)生的概率，延長航天器工作年限，提高工作性能，越來越多的在軌服務被應用于航天器，而航天器近距離操作作為一項支撐在軌服務的基本技術，航天器近距離操作需滿足嚴格的安全性要求。

傳統(tǒng)的航天器集群飛行控制方法主要有解析法和優(yōu)化法，但是解析方法中未考慮不確定性的影響，優(yōu)化方法計算量較大，且僅僅把避障作為一個優(yōu)化目標，而不是約束，因此不能保證避障效果。針對上述問題，公開號為CN109765919A，名稱為《基于等碰撞概率線法的航天器近距離安全操作控制方法》的中國專利文獻公開了一種航天器近距離安全操作控制方法，該控制方法通過建立等碰撞概率線來保證航天器集群飛行控制的安全性，等碰撞概率線是由空間目標航天器周圍碰撞概率相同的點組成的線。該控制方法通過在考慮導航和控制不確定性的影響下，建立等碰撞概率線，由于等碰撞概率線的梯度方向是等碰撞概率線變化最快的方向，因此在其梯度方向上施加一個安全接近機動是最優(yōu)的。同時，為了方便計算得到等碰撞概率線的梯度方向，該控制方法采用了一個與等碰撞概率線具有近似梯度方向的輔助函數(shù)，與傳統(tǒng)的等碰撞概率函數(shù)相比，該輔助函數(shù)沒有包含超越函數(shù)，因此能在保證高精度梯度方向估計的同時大大降低計算量。

然而，現(xiàn)有的等碰撞概率線法中，兩個航天器的幾何外形被簡化為球形或橢球形，但是在工程實踐中，大多數(shù)航天器的幾何外形并不是簡單的球形或橢球形，在近距離操作中，航天器的不同幾何外形對安全控制具有不同的影響，導致現(xiàn)有的等碰撞概率線法在工程實際應用中具有一定的局限性。針對上述問題，公開號為CN110466808A，名稱為《基于多等碰撞概率線法的凸多邊形航天器安全控制方法》的中國專利文獻公開了一種航天器安全控制方法，該控制方法針對凸多邊形目標航天器，建立了多等碰撞概率線法，以用于航天器集群安全飛行控制。但是，多等碰撞概率線法僅僅只能考慮凸多邊形目標航天器的影響，不能解決任意復雜外形目標航天器集群安全飛行控制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供一種基于飛行安全區(qū)法的航天器集群飛行控制方法。

為此，本發(fā)明公開了一種基于飛行安全區(qū)法的航天器集群飛行控制方法，該方法用于實現(xiàn)目標航天器和跟蹤航天器的安全飛行控制，該方法包括：

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(shù)計算碰撞概率；

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

當跟蹤航天器位于非規(guī)避區(qū)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(qū)時，利用改進等碰撞概率線法生成避障控制力，根據(jù)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(qū)時，利用自適應混合高斯模型法生成避障控制力，根據(jù)避障控制力對跟蹤航天器進行避障控制。

在一些可選的實施方式中，碰撞概率密度函數(shù)為：