[發(fā)明專利]航天器抵近交會機(jī)動的全流程連續(xù)軌跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210557587.0
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114859974B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫書劍;李婷;蒙濤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西安正華恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61271
• 代理人: 陳選中

1.一種航天器抵近交會機(jī)動的全流程連續(xù)軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取航天器抵近交會機(jī)動的相對軌道機(jī)動軌跡；

S2、按照作用距離弧段對相對軌道機(jī)動軌跡進(jìn)行分類，得到第一相對軌道機(jī)動軌跡、第二相對軌道機(jī)動軌跡以及第三相對軌道機(jī)動軌跡；

S3、利用自然周期軌道軌跡規(guī)劃法對第三相對軌道機(jī)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，得到規(guī)劃后的第三相對軌道機(jī)動軌跡；具體為：

構(gòu)建第三規(guī)劃模型，并利用第三規(guī)劃模型對第三相對軌道機(jī)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，使得第三相對軌道機(jī)動軌跡的軌跡視界角收斂；其中第三規(guī)劃模型表示為：

minJ＝ΔV_total

t_total≤t_lim

其中，J為目標(biāo)函數(shù)；ΔV_total為機(jī)動過程所需的總速度增量；min(.)為最小函數(shù)；α為收斂值；t_total為機(jī)動過程所需的總時間；t_lim為機(jī)動過程所需的最低時間限制；arctan(.)為反正切函數(shù)；N為第三相對軌道機(jī)動軌跡的機(jī)動段；X(k)為當(dāng)前離散周期k的狀態(tài)變量；X(k-1)為上一離散周期k-1的狀態(tài)變量；

S4、利用基于繼電型推力的連續(xù)最優(yōu)軌跡線性規(guī)劃方法對第二相對軌道機(jī)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，得到規(guī)劃后的第二相對軌道機(jī)動軌跡；具體為：

B1、將利用繼電型推力等效替代第二相對軌道機(jī)動軌跡上的脈沖推力，并根據(jù)繼電型推力構(gòu)建離散化軌道動力學(xué)狀態(tài)方程，其離散化軌道動力學(xué)狀態(tài)方程表示為：

X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)

其中，u(k)為當(dāng)前離散周期k下狀態(tài)變量X(k)所對應(yīng)的控制變量；A、B分別為狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣；X(k+1)為下一離散周期k+1的狀態(tài)變量；

B2、根據(jù)離散化軌道動力學(xué)狀態(tài)方程構(gòu)建第二規(guī)劃模型；其中第二規(guī)劃模型表示為：

s.t.[A^k-1B A^k-2B…AB B][u(0)…u(k-1)]^T＝X_f-A^NX₀

Γ[u(0)…u(k-1)]^T≤β

其中，J^*為目標(biāo)函數(shù)；[.]^T為矩陣的轉(zhuǎn)置；A^k-1為上一離散周期k-1下狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣；A^k-2為上一離散周期k-2下狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣；N為控制變量施加序列次數(shù)；|.|為絕對值函數(shù)；X_f為規(guī)劃終點(diǎn)的狀態(tài)變量；A^N為第N次控制變量施加序列下狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣；X₀為規(guī)劃起點(diǎn)的狀態(tài)變量；Γ[.]、β分別為規(guī)劃約束系數(shù)矩陣；u(.)為當(dāng)前離散周期下狀態(tài)變量所對應(yīng)的控制變量；

B3、將第二規(guī)劃模型中約束條件優(yōu)化為凸約束邊界，得到優(yōu)化后的第二規(guī)劃模型；

B4、利用優(yōu)化后的第二規(guī)劃模型對第二相對軌道機(jī)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，得到規(guī)劃后的第二相對軌道機(jī)動軌跡；

S5、利用圖形化離散軌跡規(guī)劃法對第一相對軌道機(jī)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，得到規(guī)劃后的第一相對軌道機(jī)動軌跡；步驟S5具體為：

C1、根據(jù)第一相對軌道機(jī)動軌跡構(gòu)建網(wǎng)格空間；

C2、按照網(wǎng)格空間，對各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)拓展，得到各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的待擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)；

C3、根據(jù)各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的待擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)計算代價評估函數(shù)，并選擇最小代價評估函數(shù)值所對應(yīng)的待擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)作為該網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的下一個節(jié)點(diǎn)；其中代價評估函數(shù)表示為：

f(n)＝g(n)+h(n)

其中，f(n)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n的代價評估函數(shù)值；g(n)為從起始點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n的實際代價值；h(n)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的代價估計值；

C4、遍歷網(wǎng)格空間上各節(jié)點(diǎn)，得到規(guī)劃后的第一相對軌道機(jī)動軌跡；

S6、根據(jù)得到規(guī)劃后的第三相對軌道機(jī)動軌跡、第二相對軌道機(jī)動軌跡以及第一相對軌道機(jī)動軌跡構(gòu)建全流程相對軌道機(jī)動規(guī)劃軌跡。