一种非合作目标全自主防撞规避方法技术

本发明专利技术公开了一种非合作目标全自主防撞规避方法，包括：星上告警雷达发现未知目标，捕获跟踪未知目标，获取未知目标相对主星的相对位置、相对速度；采用变尺度直接逼近算法计算未知目标与主星之间的最近距离，以及到达最近距离的间隔时间；计算完全规避所述未知目标所需机动的最小距离，在此称为安全距离；根据碰撞时间，制定分级规避策略；根据安全距离，计算规避所需的速度脉冲；根据未知目标来袭速度方向，确定规避的速度方向；根据当前主星的机动能力，计算喷气时长；喷气执行完成后，当主星与未知目标最近相对距离大于安全距离，则规避成功。本发明专利技术实现卫星在轨自主运行时，对空间碎片或者异常未知目标的规避。片或者异常未知目标的规避。片或者异常未知目标的规避。

【技术实现步骤摘要】
一种非合作目标全自主防撞规避方法


[0001]本专利技术涉及卫星制导、导航与控制技术，特别是涉及一种在轨卫星自主运行防撞规避的方法。

技术介绍

[0002]当卫星在境外长工作时没有地面测控，如若受到未知目标撞击或者空间碎片碰撞均无法及时依靠地面策略进行规避，将带来巨大损失。为了保障高价值卫星在轨自主安全运行，一般卫星在总体设计时安装告警雷达，提供未知目标的相对位置信息，告警雷达工作为全空域范围，可以预报全方位的威胁。
[0003]告警雷达仅能测量未知目标信息，需要卫星控制系统对测量信息进行处理，并制定相应的规避策略，基于上述问题在此对卫星在轨长期自主运行提出了新的挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种在轨卫星自主运行防撞规避的方法，实现卫星在轨自主运行时，对空间碎片或者异常未知目标的规避。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种非合作目标全自主防撞规避方法，包括：
[0007]步骤S1、星上告警雷达发现未知目标，捕获跟踪所述未知目标，获取所述未知目标相对主星的相对位置、相对速度；
[0008]步骤S2、根据所述相对位置和相对速度，采用变尺度直接逼近算法计算所述未知目标与主星之间的最近距离，以及到达所述最近距离的间隔时间，在此称为碰撞时间；
[0009]步骤S3、根据所述主星的卫星尺寸、未知目标运动估计精度和碰撞间隔，计算完全规避所述未知目标所需机动的最小距离，在此称为安全距离；
[0010]步骤S4、根据所述碰撞时间，制定分级规避策略；根据所述安全距离，计算规避所需的速度脉冲；根据所述未知目标来袭速度方向，确定规避的速度方向；根据当前所述主星的机动能力，计算喷气时长；喷气执行完成后，当所述主星与所述未知目标最近相对距离大于安全距离，则规避成功。
[0011]可选地，所述步骤S1包括：通过所述星上告警设备获取测距测角信息，数据处理后得到相对位置信息，采用基于CW方程的衰减卡尔曼滤波算法对所述相对位置信息进行滤波估计，得到所述相对位置和所述相对速度。
[0012]可选地，所述步骤S2包括：根据CW方程解析解表达式和已知条件可以得到两星相对运动方程式：
[0013][0014]其中，t表示递推时长(距离初始时刻的间隔时间)；w为平均轨道角速度，[x0 y0 z0 v
x0 v
y0 v
z0
]为初始未知目标相对主星的相对位置和相对速度。
[0015]可选地，所述步骤S2还包括：求解所述碰撞时间tp步骤包括：
[0016]步骤S2.1、根据当前相对位置和速度，得到主星运行到所述最近距离所需要的时间tf；
[0017][0018]步骤S2.2、时间从0～tf，采用变步长搜索法得到距离精度高于0.01m时，对应的tmz，tmz表示两星距离最近的时间间隔：
[0019]步骤S2.2.1、初始搜索步长step1设为100s；t从0～tf，分别计算
[0020]xt0＝cwditui(rv0,n,t
‑
step1)
[0021]其中，式中，xt0表示t
‑
step1时刻的相对位置速度矢量；rv0表示初始相对位置速度矢量；cwditui表示CW方程解析解函数，第一拍xt0＝rv0，n表示平均轨道角速度，t表示距离初始时刻的间隔时间；
[0022]xt1＝cwditui(rv0,n,t+step1)
[0023]其中，式中，xt1＝表示t+step1时刻的相对位置速度矢量；若t+step1> tf，则令递推时长为tf；
[0024]xt＝cwditui(rv0,n,t)
[0025]其中，式中，xt表示t时刻的相对位置速度矢量；
[0026]比较递推到时刻t，t+step1，判断碰撞时间是否在该范围内
[0027](norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt (1:3)))*(norm(xt (1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))<0；
[0028]若是，则进入步骤S2.2.2；
[0029]若否，则返回步骤S2.2.1、且令t＝t+step1，重新进行判断；
[0030]步骤S2.2.2、第二级搜索步长step2设为10s，t1从t～t+step1，分别计算xt0＝cwditui(rv0,n,t1)；
[0031]xt1＝cwditui(rv0,n,t1+step2)
[0032]其中， 若t1+step2＞t+step1， 则令递推时长为 t+step1，xt0＝cwditui(rv0,n,t1
‑
step2)；
[0033]比较递推到时刻t1
‑
step2，t1，t1+step2，判断碰撞时刻是否在该范围内；
[0034]Abs(norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))＞0.01且
[0035](norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))*(norm(xt0(1:3))
‑
norm(xt00(1:3)))<0
[0036]若是，则返回步骤S2.2.2，且令step2＝step2/2重新开始判断；
[0037]若否，则未到碰撞时刻
[0038]Abs(norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))＞0.01且(norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))*(norm(xt0(1:3))
‑
norm(xt00(1:3)))>0且令t1＝t1+step2，返回所述步骤S2.2.2；
[0039]否则，即满足条件Abs(norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))≤0.01，即当前迭代时刻t1为碰撞时间tp，完成解算。
[0040]可选地，还包括：根据碰撞时间tp求解到达最近距离的位置速度矢量rvp：
[0041]rvp＝cwditui(rv0,n,tp)
[0042]求解最近距离r
min
：r
min
＝norm(rvp(1:3))。
[0043]可选地，所述步骤S3包括：根据碰撞时间tp和目标运动估计算法的位置速度精度r和速度精度v，计算安全距离r
safe
＝r+v
·
tp+s；其中，s为卫星尺寸。
[0044]可选地，所述步骤S4包括：根据所述碰撞时间，制定分级规避策略：
[0045]步骤S4.1、进行碰撞概率和时间计算；
[0046]步骤S4.2、碰撞时间小于50s的不采取规避机动；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非合作目标全自主防撞规避方法，其特征在于，包括：步骤S1、星上告警雷达发现未知目标，捕获跟踪所述未知目标，获取所述未知目标相对主星的相对位置、相对速度；步骤S2、根据所述相对位置和相对速度，采用变尺度直接逼近算法计算所述未知目标与主星之间的最近距离，以及到达所述最近距离的间隔时间，在此称为碰撞时间；步骤S3、根据所述主星的卫星尺寸、未知目标运动估计精度和碰撞间隔，计算完全规避所述未知目标所需机动的最小距离，在此称为安全距离；步骤S4、根据所述碰撞时间，制定分级规避策略；根据所述安全距离，计算规避所需的速度脉冲；根据所述未知目标来袭速度方向，确定规避的速度方向；根据当前所述主星的机动能力，计算喷气时长；喷气执行完成后，当所述主星与所述未知目标最近相对距离大于安全距离，则规避成功。2.如权利要求1所述的非合作目标全自主防撞规避方法，其特征在于，所述步骤S1包括：通过所述星上告警设备获取测距测角信息，数据处理后得到相对位置信息，采用基于CW方程的衰减卡尔曼滤波算法对所述相对位置信息进行滤波估计，得到所述相对位置和所述相对速度。3.如权利要求2所述的非合作目标全自主防撞规避方法，其特征在于，所述步骤S2包括：根据CW方程解析解表达式和已知条件可以得到两星相对运动方程式：其中，t表示递推时长(距离初始时刻的间隔时间)；w为平均轨道角速度，[x0 y0 z0 v
x0 v
y0 v
z0
]为初始未知目标相对主星的相对位置和相对速度。4.如权利要求3所述的非合作目标全自主防撞规避方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：求解所述碰撞时间tp步骤包括：步骤S2.1、根据当前相对位置和速度，得到主星运行到所述最近距离所需要的时间tf；步骤S2.2、时间从0～tf，采用变步长搜索法得到距离精度高于0.01m时，对应的tmz，tmz表示两星距离最近的时间间隔：步骤S2.2.1、初始搜索步长step1设为100s；t从0～tf，分别计算xt0＝cwditui(rv0,n,t
‑
step1)
其中，式中，xt0表示t
‑
step1时刻的相对位置速度矢量；rv0表示初始相对位置速度矢量；cwditui表示CW方程解析解函数，第一拍xt0＝rv0，n表示平均轨道角速度，t表示距离初始时刻的间隔时间；xt1＝cwditui(rv0,n,t+step1)其中，式中，xt1＝表示t+step1时刻的相对位置速度矢量；若t+step1&gt;tf，则令递推时长为tf；xt＝cwditui(rv0,n,t)其中，式中，xt表示t时刻的相对位置速度矢量；比较递推到时刻t，t+step1，判断碰撞时间是否在该范围内(norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt(1:3)))*(norm(xt(1:3))
‑
norm(xt0(1:3)))&lt;0；若是，则进入步骤S2.2.2；若否，则返回步骤S2.2.1、且令t＝t+step1，重新进行判断；步骤S2.2.2、第二级搜索步长step2设为10s，t1从t～t+step1，分别计算xt0＝cwditui(rv0,n,t1)；xt1＝cwditui(rv0,n,t1+step2)其中，若t1+step2＞t+step1，则令递推时长为t+step1，xt0＝cwditui(rv0,n,t1
‑
step2)；比较递推到时刻t1
‑
step2，t1，t1+step2，判断碰撞时刻是否在该范围内；Abs(norm(xt1(1:3))
‑
norm(xt0(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄京梅，祝贺，查理，周维，尹俊雄，丰保民，郭正勇，邵志杰，万海音，王静吉，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：