近距离下服务航天器机动策略的规划方法技术

近距离下服务航天器机动策略的规划方法，它属于航天器在轨服务自主规划领域。本发明专利技术解决了现有的规划方案未考虑对单个目标的最优交会轨迹以及传统的近距离制导方式难以克服轨道摄动的影响，导致交会误差大的问题。本发明专利技术方法以燃料消耗和任务总时间为规划指标，将目标规划和轨迹规划分成上下两层，设计了一种两层优化求解的方法框架。上层求解交会次序和分配时间，下层求解最优交会轨迹，通过在交会制导中设计迭代制导计算思路，以实现服务航天器对每个目标的精确交会，克服了交会的偏差。本发明专利技术方法可以应用于航天器在轨服务自主规划领域。划领域。划领域。

【技术实现步骤摘要】
近距离下服务航天器机动策略的规划方法


[0001]本专利技术属于航天器在轨服务自主规划领域，具体涉及“一对多”近距离交会中服务航天器机动策略规划方法。

技术介绍

[0002]随着人类探索深空宇宙的步伐不断加快，空间任务日益复杂。在轨服务的航天器需要有更加强大的任务规划能力。各国政府组织陆续开展了有关空间碎片清理、燃料加注、航天器维护等在轨服务方面的研究及实验。该领域上存在的巨大经济及军事价值已引起广泛关注。为节省成本，在轨服务往往采用“一对多”的服务模式，即一个服务航天器对应多个目标航天器。因此，在轨任务规划首先需要解决的问题就是如何确定服务航天器与各个目标间的交会机动策略。
[0003]服务航天器的机动规划一向是热门研究领域。规划任务需要同时考虑到燃料和时间，在两者间取得平衡。当涉及到多个目标航天器时，规划既要考虑交会次序和分配时间，又要考虑对各目标的最优轨迹，问题变得更加复杂。Shen等人首先开展了共面圆轨道上的“一对多”最优交会问题，总结了最优交会顺序的规律。周洋等人采用一些遗传算法的改进算法进行了类似的研究。Jing Yu等人以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.近距离下服务航天器机动策略的规划方法，其特征在于，所述方法以燃料消耗和任务总时间为规划指标设计了包含上层优化模型和下层优化模型的框架；其中，上层优化模型的优化变量选择为交会次序和交会分配时间，即上层优化模型用于求解交会次序和对每个目标航天器的交会分配时间；下层优化模型又分解为内层和外层，外层的优化变量选择为施加脉冲个数和脉冲施加时刻序列，即外层用于根据上层的优化结果求解施加脉冲个数和脉冲施加时刻序列，内层用于根据外层确定的施加脉冲个数和脉冲施加时刻序列优化无约束变量；再根据求得的施加脉冲个数、脉冲施加时刻序列以及无约束变量进行交会制导，其具体过程为：步骤1、建立服务航天器与目标航天器间的相对运动方程，根据建立的相对运动方程求得在给定任务总时间、施加脉冲次数以及各次脉冲施加时刻下的脉冲速度增量的通解表达形式；步骤2、根据各次脉冲速度求得在交会时刻下，服务航天器在目标航天器轨道系下的相对位置速度；步骤3、根据步骤2中求得的相对位置速度以及步骤1中求得的脉冲速度增量通解表达形式调整服务航天器的各次脉冲速度；步骤4、判断在每次迭代所获得的脉冲速度作用下，服务航天器与目标航天器的实际交会误差是否小于设定的阈值，若实际交会误差小于设定的阈值或迭代次数达到设置的上限，则停止迭代；否则重复执行步骤2至步骤3，直至满足迭代的停止条件。2.根据权利要求1所述的近距离下服务航天器机动策略的规划方法，其特征在于，所述上层优化模型为：上层优化模型为：上层优化模型为：其中，X代表交会次序，T代表交会分配时间，T＝[T
1 T2…
T
n
]，n为目标航天器的个数，T
i
为与第i个目标航天器交会所用时间，M为由n个整数进行全排列得到的集合，Δv
ij
为第i个目标航天器对应的第j次脉冲速度矢量，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,m，m为脉冲的总次数，f1(X,T)和f2(X,T)均为目标函数，Δv
max
为速度增量的上界，T
max
为交会任务时间的上界。3.根据权利要求1所述的近距离下服务航天器机动策略的规划方法，其特征在于，所述上层优化模型采用基于分解的MOEA/D算法求解交会次序和对每个目标航天器的交会分配时间，算法的权值聚合方式选择为切比雪夫方法。4.根据权利要求1所述的近距离下服务航天器机动策略的规划方法，其特征在于，所述外层基于最优线性交会思想求解施加脉冲个数和脉冲施加时刻序列。5.根据权利要求1所述的近距离下服务航天器机动策略的规划方法，其特征在于，所述
脉冲速度增量的通解表达形式为：ΔV
i+1
＝ΔV
i
‑
F
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭延宁，闫慧达，李传江，吕跃勇，马广富，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：