一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及空间飞行器技术领域，特别涉及一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置。其中，该方法包括：基于空间飞行器与一个威胁的位置和速度，确定是否改变所述空间飞行器的期望速度方向；基于所述空间飞行器与所述威胁的位置和最新的速度，构建所述空间飞行器的扰动矩阵；利用所述扰动矩阵对所述空间飞行器的最新的速度进行修正，得到所述空间飞行器的期望规避速度；基于所述期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到所述空间飞行器的最终的轨控加速度，以将所述最终的轨控加速度作为所述空间飞行器的规避机动控制指令。本发明专利技术能够解决规避机动消耗的能量较高的技术问题。避机动消耗的能量较高的技术问题。避机动消耗的能量较高的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及空间飞行器
，特别涉及一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置。

技术介绍

[0002]当前轨道冲突事件频发，给空间飞行器的安全带来严峻挑战，亟待发展相应的规避机动控制技术。
[0003]相关技术中，大多以双方的相对距离作为主要优化控制指标，并未能充分利用威胁可能存在探测盲区的特点进行规避。因此，一旦威胁对我方实施持续的加速尾随跟踪策略，就会导致我方空间飞行器采取同步加速的规避策略，以期保持恒定的安全距离，从而与威胁形成“你追我赶”的博弈形式，其代价就是规避机动消耗的能量较高。
[0004]基于此，目前亟待需要一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置来解决规避机动消耗的能量较高的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决规避机动消耗的能量较高的技术问题，本说明书实施例提供了一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置。
[0006]第一方面，本说明书实施例提供了一种空间飞行器的规避机动控制方法，包括：基于空间飞行器与一个威胁的位置和速度，确定是否改变所述空间飞行器的期望速度方向；基于所述空间飞行器与所述威胁的位置和最新的速度，构建所述空间飞行器的扰动矩阵；其中，所述扰动矩阵包含三种可调参数，所述可调参数分别为径向反应系数、切向反应系数和方向系数，所述径向反应系数和所述切向反应系数决定规避时机，所述方向系数决定规避方向；利用所述扰动矩阵对所述空间飞行器的最新的速度进行修正，得到所述空间飞行器的期望规避速度；基于所述期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到所述空间飞行器的最终的轨控加速度，以将所述最终的轨控加速度作为所述空间飞行器的规避机动控制指令。
[0007]第二方面，本说明书实施例还提供了一种空间飞行器的规避机动控制装置，包括：确定模块，用于基于空间飞行器与一个威胁的位置和速度，确定是否改变所述空间飞行器的期望速度方向；构建模块，用于基于所述空间飞行器与所述威胁的位置和最新的速度，构建所述空间飞行器的扰动矩阵；其中，所述扰动矩阵包含可调的径向反应系数、切向反应系数和方向系数，所述径向反应系数和所述切向反应系数决定规避时机，所述方向系数决定规避方向；修正模块，用于利用所述扰动矩阵对所述空间飞行器的最新的速度进行修正，得
到所述空间飞行器的期望规避速度；输出模块，用于基于所述期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到所述空间飞行器的最终的轨控加速度，以将所述最终的轨控加速度作为所述空间飞行器的规避机动控制指令。
[0008]第三方面，本说明书实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
[0009]第四方面，本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
[0010]本说明书实施例提供了一种空间飞行器的规避机动控制方法及装置，通过基于空间飞行器与威胁的位置和最新的速度来构建空间飞行器的扰动矩阵，以利用扰动矩阵对空间飞行器的最新的速度进行修正而得到空间飞行器的期望规避速度，最后基于期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到空间飞行器的最终的轨控加速度，以将最终的轨控加速度作为空间飞行器的规避机动控制指令。因此，上述方案可以使得空间飞行器具备在威胁处于己方后半球区域并进行持续尾随加速跟踪时突然转向适当逃逸方向的能力，以期以较小的能量消耗尽快进入威胁的探测盲区，这样有利于降低空间飞行器规避时的能量消耗。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1是本说明书一实施例提供的一种空间飞行器的规避机动控制方法流程图；图2是本说明书一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；图3是本说明书一实施例提供的一种空间飞行器的规避机动控制装置结构图；图4是本说明书一实施例提供的空间飞行器的整体规避机动控制方法的流程示意图；图5是本说明书一实施例提供的空间飞行器的期望速度方向改变的触发条件的示意图；图6是本说明书一实施例提供的空间飞行器在期望速度方向改变时虚拟目标位置设定的示意图；图7是本说明书一实施例提供的深度强化学习的初始训练环境的示意图；图8是本说明书一实施例提供的仿真测试中空间飞行器和威胁的机动轨迹的示意图；图9是本说明书一实施例提供的仿真测试中空间飞行器和威胁的相对距离的示意图；图10是本说明书一实施例提供的仿真测试中空间飞行器和威胁的能量消耗的示意图；
图11是本说明书一实施例提供的仿真测试中威胁的目标视线角的示意图。
具体实施方式
[0013]为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。
[0014]请参考图1，本说明书实施例提供了一种空间飞行器的规避机动控制方法，该方法包括：步骤100：基于空间飞行器与一个威胁的位置和速度，确定是否改变空间飞行器的期望速度方向；步骤102：基于空间飞行器与威胁的位置和最新的速度，构建空间飞行器的扰动矩阵；其中，扰动矩阵包含三种可调参数，可调参数分别为径向反应系数、切向反应系数和方向系数，径向反应系数和切向反应系数决定规避时机，方向系数决定规避方向；步骤104：利用扰动矩阵对空间飞行器的最新的速度进行修正，得到空间飞行器的期望规避速度；步骤106：基于期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到空间飞行器的最终的轨控加速度，以将最终的轨控加速度作为空间飞行器的规避机动控制指令。
[0015]在本实施例中，通过基于空间飞行器与威胁的位置和最新的速度来构建空间飞行器的扰动矩阵，以利用扰动矩阵对空间飞行器的最新的速度进行修正而得到空间飞行器的期望规避速度，最后基于期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到空间飞行器的最终的轨控加速度，以将最终的轨控加速度作为空间飞行器的规避机动控制指令。因此，上述方案可以使得空间飞行器具备在威胁处于己方后半球区域并进行持续尾随加速跟踪时突然转向适当逃逸方向的能力，以期以较小的能量消耗尽快进入威胁的探测盲区，这样有利于降低空间飞行器规避时的能量消耗。
[0016]下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
[0017]针对步骤100：在本说明书一个实施例中，步骤100具体可以包括：如果空间飞行器与威胁的位置和速度全部满足预设的触发条件，则改变空间飞行器的期望速度方向，否则不改变空间飞行器的期望速度方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间飞行器的规避机动控制方法，其特征在于，包括：基于空间飞行器与一个威胁的位置和速度，确定是否改变所述空间飞行器的期望速度方向；基于所述空间飞行器与所述威胁的位置和最新的速度，构建所述空间飞行器的扰动矩阵；其中，所述扰动矩阵包含三种可调参数，所述可调参数分别为径向反应系数、切向反应系数和方向系数，所述径向反应系数和所述切向反应系数决定规避时机，所述方向系数决定规避方向；利用所述扰动矩阵对所述空间飞行器的最新的速度进行修正，得到所述空间飞行器的期望规避速度；基于所述期望规避速度和预设的轨道运动方程，得到所述空间飞行器的最终的轨控加速度，以将所述最终的轨控加速度作为所述空间飞行器的规避机动控制指令。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于空间飞行器与一个威胁的位置和速度，确定是否改变所述空间飞行器的期望速度方向，包括：如果所述空间飞行器与所述威胁的位置和速度全部满足预设的触发条件，则改变所述空间飞行器的期望速度方向，否则不改变所述空间飞行器的期望速度方向；所述触发条件包括：所述空间飞行器指向所述威胁的位置向量和所述空间飞行器的速度向量的向量夹角大于90
°
；所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量的向量夹角小于90
°
；所述空间飞行器和所述威胁的相对位置差小于预设的警戒距离；其中，所述警戒距离大于预设的安全距离，所述安全距离为规避过程中所述空间飞行器和所述威胁的最小距离。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，令第一平面为所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量构成的平面，令第二平面为所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述空间飞行器的速度向量构成的平面；所述空间飞行器的期望速度方向是按照如下至少一种方式进行改变的：在所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量的向量夹角不等于0、所述威胁的速度向量位于所述第一平面中所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量的左侧、所述威胁位于所述第二平面中所述空间飞行器的速度向量的左侧时，执行：解算出所述威胁相对所述空间飞行器的速度向量的对称位置；基于所述空间飞行器的位置和该对称位置确定出虚拟目标位置；将所述空间飞行器的期望速度方向确定为所述空间飞行器的位置指向该虚拟目标位置的方向；在所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量的向量夹角不等于0、所述威胁的速度向量位于所述第一平面中所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量的左侧、所述威胁位于所述第二平面中所述空间飞行器的速度向量的右侧时，执行：基于所述空间飞行器和所述威胁的位置确定出虚拟目标位置；将所述空间飞行器的期望速度方向确定为所述空间飞行器的位置指向该虚拟目标位置的方向；在所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量的向量夹角不等
于0、所述威胁的速度向量位于所述第一平面中所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量的右侧、所述威胁位于所述第二平面中所述空间飞行器的速度向量的左侧时，执行：基于所述空间飞行器和所述威胁的位置确定出虚拟目标位置；将所述空间飞行器的期望速度方向确定为所述空间飞行器的位置指向该虚拟目标位置的方向；在所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量的向量夹角不等于0、所述威胁的速度向量位于所述第一平面中所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量的右侧、所述威胁位于所述第二平面中所述空间飞行器的速度向量的右侧时，执行：解算出所述威胁相对所述空间飞行器的速度向量的对称位置；基于所述空间飞行器的位置和该对称位置确定出虚拟目标位置；将所述空间飞行器的期望速度方向确定为所述空间飞行器的位置指向该虚拟目标位置的方向；在所述威胁指向所述空间飞行器的位置向量和所述威胁的速度向量的向量夹角等于0时，执行：基于所述空间飞行器和所述威胁的位置确定出虚拟目标位置；将所述空间飞行器的期望速度方向确定为所述空间飞行器的位置指向该虚拟目标位置的方向。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述扰动矩阵对所述空间飞行器的最新的速度进行修正，得到所述空间飞行器的期望规避速度，包括：采用如下公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健发，魏春岭，张海博，李克行，黄盘兴，董峰，姜甜甜，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：