[發明專利]一種面向同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法

在審

• 申請號: 202310112136.0
• 申請日: 2023-02-14
• 公開（公告）號: CN116227025A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 喬棟;朱天昊;溫昶煊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發明公開的一種面向同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法，屬于航空航天技術領域。本發明根據目標軌道高度和總任務時間約束，以相位差表征任務航天器與同軌目標的相對位置，對離散后的所有相位差情況分別建立任務航天器與同軌目標交會的Lambert問題并求解，得到任務航天器與同軌目標交會所需速度增量數據庫。獲取需要交會的所有目標所在位置，以任務航天器在相鄰目標間轉移所需的時間為優化變量，以各次轉移總速度增量最小為優化目標，建立任務時間分配優化問題。使用基于梯度的求解算法求解該任務時間分配問題，若解得任務航天器速度增量超過約束，則減少其交會的目標個數，直至各次轉移所需總速度增量滿足約束，實現交會任務規劃。

技術領域

本發明涉及一種面向同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法，尤其涉及適用于GEO或大型星座中的同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法，屬于航空航天技術領域。

背景技術

多航天器交會對接的任務規劃技術在航天器快速響應在軌服務任務中有著重要意義，其不僅能給出每個任務航天器的轉移機動信息，同時也能生成多目標情況下的任務序列，評估完成多目標交會任務所需的航天器總數，是保證任務順利完成的關鍵。航天器多目標交會任務規劃技術目前主要以空間碎片清除為背景，在認為任務時間充分長的基礎上只考慮軌道面變化，將任務規劃問題轉換為動態旅行商問題后再進行求解。上述任務規劃的處理方法雖然已十分成熟，但求解時需要使用智能算法大量迭代，計算速度較慢，難以滿足快速響應要求和星上計算能力限制。此外，以空間碎片清除為背景的任務規劃方法面對的任務時間約束往往非常寬松，這與快速響應背景下的任務規劃問題并不一致，導致原有方法適用性降低，且沒有對任務時間短的特點加以利用。基于此，本專利提出的一種面向同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法，不僅能解決在應急響應要求下的交會任務規劃問題，而且還提供了一種利用較短任務時間約束來簡化問題的思路，進而滿足更多航天器在軌服務任務的快速計算需求。

在已發展的關于航天器多目標任務規劃方法中，先技術[1](參見：Yang?Zhou,YeYan,Xu?Huang,Linjie?Kong.Mission?planning?optimization?for?multiplegeosynchronous?satellites?refueling[J].Advances?in?Space?Research,2015,56(11).)給出了一種“一對多”在軌加注任務單目標規劃的優化模型，通過遺傳算法求解單個服務星訪問目標星的最省燃料路徑，但其任務背景中的任務時間約束較為寬松，且其使用的啟發式算法雖然能解決一般化的多目標交會問題，但計算效率較低，只能用于離線計算。

發明內容

本發明公開的一種面向同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法要解決的技術問題是：對處在同一軌道面內任意位置、任意數量的目標航天器依次進行交會，通過規劃給出所需任務航天器的數量和初始部署位置，并在總任務時間和速度增量約束下，給出任務航天器在目標之間每次轉移的時間分配與所需速度增量，實現對多航天器目標快速響應交會任務的全過程規劃；具有如下優點：(1)操作便捷、可重復性高；(2)靈活性好，規劃效率高；(3)適用范圍高，適用于具備近似共軌特點的目標航天器交會任務規劃。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種面向同軌多目標航天器快速響應的交會任務規劃方法，根據目標軌道高度和總任務時間約束，以相位差表征任務航天器與同軌目標的相對位置，對離散后的所有相位差情況分別建立任務航天器與同軌目標交會的Lambert問題并求解，得到任務航天器與同軌目標交會所需速度增量的數據庫。獲取需要交會的所有目標所在位置，以任務航天器在相鄰目標間轉移所需的時間為優化變量，以各次轉移總速度增量最小為優化目標，建立任務時間分配優化問題。使用基于梯度的求解算法對該任務時間分配問題進行求解，若解得任務航天器速度增量超過約束，則減少其交會的目標個數，直至各次轉移所需總速度增量滿足約束。對剩余待交會目標繼續循環執行上述過程，將得出的交會任務規劃結果應用于多目標航天器交會任務制導控制，在保證精度的前提下提高航天器交會任務制導控制效率，實現對多目標航天器的快速交會。