Aiming at the problem of safety approach control technology in spacecraft close operation, the present invention provides a safety approach control method for Spacecraft Based on equal collision probability surface, including the following steps: firstly, the orbit coordinate system of the target spacecraft is established; in the orbit coordinate system of the target spacecraft, the non-linear relative motion equation of the tracking spacecraft is constructed; and the trackless change method is adopted. The uncertainties propagation of the non-linear relative motion equation of the tracking spacecraft is deduced; the probability density of collision between the target spacecraft and the tracking spacecraft is calculated; the probability gradient of collision between the target spacecraft and the tracking spacecraft is calculated, that is, the probability gradient of collision; finally, the control force acting on the tracking spacecraft is determined. The invention effectively solves the problems of large amount of calculation, poor real-time performance and failure to consider the influence of uncertainty in the current safety approach control method.
【技术实现步骤摘要】
基于等碰撞概率面法的航天器安全接近控制方法
本专利技术涉及航天器近距离安全接近控制
,具体涉及一种基于等碰撞概率面的航天器安全接近控制方法。
技术介绍
近年来随着在轨航天器失效案例日益增多,在轨服务受到了更多的关注。航天器在轨服务对提高航天器操作能力,增强航天器适应性和可伸缩性,延长航天器寿命,节省航天器研制费用等有积极作用。近距离操作是在轨服务的重要关键技术,涉及到近距离操作的空间任务几乎都需要进行航天器相对控制,当服务航天器靠近目标时,需要保证航天器不与目标发生碰撞,因此航天器安全接近控制是近距离操作技术的关键技术之一。目前,在实现航天器安全接近的方法中,人工势函数制导方法(ArtificialPotentialFunction,APF)由于具有在复杂环境下形式简单、计算量小等特点,但近年来在空间近距离操作中得到了广泛关注。人工势函数制导方法最初源自机器人路径规划问题,IsmaelLopez和ColinR.McInnes首次将人工势函数制导方法应用到航天器自主避障的路径控制上来,在其文献中根据航天器相对运动C-W方程,将人工势函数制导方法分别应用于多个障碍物的交会和终端带约束的交会两个场景中。Hyung-ChulLim等将人工势函数与滑模控制相结合,设计了针对卫星编队飞行的控制器。EnderSt.John-Olcayto和ColinR.McInnes等人研究了在国际空间站的交会和近距离作业中,采用势函数制导的安全自主近距离机动,实现了V/R-bar方向的安全自主交会对接。ShawnB.McCamish和MarcelloRomano等人针对圆轨道上 ...
【技术保护点】
1.基于等碰撞概率面的航天器安全接近控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)建立目标航天器的轨道坐标系;(2)在目标航天器的轨道坐标系中,构建跟踪航天器的非线性相对运动方程;(3)采用无迹变化方法来推导跟踪航天器的非线性相对运动方程的不确定性传播;(4)计算目标航天器和跟踪航天器之间的碰撞概率密度;(5)计算目标航天器和跟踪航天器两个卫星之间的碰撞概率梯度;(6)确定最终作用在跟踪航天器上的控制力。
【技术特征摘要】
1.基于等碰撞概率面的航天器安全接近控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)建立目标航天器的轨道坐标系;(2)在目标航天器的轨道坐标系中,构建跟踪航天器的非线性相对运动方程;(3)采用无迹变化方法来推导跟踪航天器的非线性相对运动方程的不确定性传播;(4)计算目标航天器和跟踪航天器之间的碰撞概率密度;(5)计算目标航天器和跟踪航天器两个卫星之间的碰撞概率梯度;(6)确定最终作用在跟踪航天器上的控制力。2.根据权利要求1所述的基于等碰撞概率面的航天器安全接近控制方法,其特征在于,步骤(1)中,以O-XYZ表示J2000地球惯性坐标系,原点为地心,X轴指向历元J2000春分点,基本面为地球平赤道面,Z轴指向地球北极,根据右手螺旋定律由X轴与Z轴得出Y轴的方向;以o-xyz表示目标航天器的轨道坐标系,以目标航天器的质心为坐标原点,x轴由地心指向跟踪航天器的质心,z轴指向跟踪航天器轨道面法线方向,y轴由右手法则,垂直于x轴和z轴所组成的平面;rTarget表示目标航天器在J2000地球惯性坐标系下的位置矢量,且rTarget=[X1Y1,Z1]T;rTrack表示跟踪航天器在J2000地球惯性坐标系下的位置矢量,且rTrack=[X2,Y2,Z2]T;rLVLH表示跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的位置矢量,且rLVLH=[x,y,z]T;vLVLH表示跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的速度矢量,且vLVLH=[vx,vy,vz]T。3.根据权利要求2所述的基于等碰撞概率面的航天器安全接近控制方法,其特征在于,步骤(2)中,跟踪航天器的非线性相对运动方程,如下所示:其中:x,y,z表示目标航天器在三个方向的位置参数;表示目标航天器在三个方向的速度参数;表示目标航天器在三个方向的加速度参数;r1表示目标航天器的质心相距地心的距离;r2表示跟踪航天器的质心相距目标航天器质心的距离;μ表示地球引力常数;u=[ux,uy,uz]T表示控制力;ω,分别表示目标航天器的转动速度和转动角速度,且如下表示:其中:a是目标航天器轨道半长轴;e是目标航天器偏心率;f是目标航天器真近点角度;假设状态向量X=[rLVLHT,vLVLHT]T,则方程(1)可改写成如下形式Xk+1=f(Xk,uk)(4)其中Xk+1表示第k+1步相对状态矢量;Xk表示第k步相对状态矢量;uk表示第k步输入控制状态矢量。4.根据权利要求3所述的基于等碰撞概率面的航天器安全接近控制方法,其特征在于,步骤(3)中采用无迹变化方法推导方程(4)的不确定性传播,方法如下:令L表示状态向量X的长度,N=2L+1表示需要的采样数,给定初始采样点r(tk)(k=1,2,...,N),初始采样点的均值为m(t0),方差为P(t0);产生N个西格玛采样点和权重如下所示:其中:α,β,κ,λ是尺度参数,α>0,β>0,κ>0,λ>0...
【专利技术属性】
技术研发人员:白玉铸,陈小前,赵勇,王祎,
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科技大学,
类型:发明
国别省市:湖南,43
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