基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法

文档序号:25541644发布日期:2021-06-18 20:37阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,所述方法用于实现目标航天器和跟踪航天器的安全飞行控制,所述方法包括:

将目标航天器简化为最小外包络椭球,利用碰撞概率密度函数计算碰撞概率;

基于碰撞概率,将目标航天器的外区域由远至近依次划分为非规避区、安全机动区和终端接近区;

当跟踪航天器位于非规避区时,跟踪航天器不做避障控制;当跟踪航天器位于安全机动区时,利用改进等碰撞概率线法生成避障控制力,根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制;当跟踪航天器位于终端接近区时,利用自适应混合高斯模型法生成避障控制力,根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制。

2.根据权利要求1所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,碰撞概率密度函数为:

其中,pc(r1-t)表示碰撞概率,r1-t=[xt,yt]t表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的相对位置,xt和yt分别表示t时刻跟踪航天器在轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标,表示相对位置r1-t不确定性的协方差矩阵,表示相对位置r1-t的协方差,e表示自然常数,表示目标航天器的几何外形,r0表示目标航天器的几何尺寸半径,r2-t表示在目标航天器的几何区域中的相对位置。

3.根据权利要求1所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,非规避区包括绝对安全区、远距离接近区和相位调整区;

绝对安全区为碰撞概率在1×10-5以下的区域,当跟踪航天器位于绝对安全区时,跟踪航天器不做避障控制,以第一设定时间间隔计算跟踪航天器当前所在位置对应的碰撞概率;

远距离接近区为碰撞概率大于1×10-5且小于1×10-4的区域,当跟踪航天器位于远距离接近区时,跟踪航天器不做避障控制,以第二设定时间间隔计算跟踪航天器当前所在位置对应的碰撞概率;

相位调整区为碰撞概率在1×10-4以上且满足以下公式2的区域,当跟踪航天器位于相位调整区时,跟踪航天器不做避障控制,以第三设定时间间隔计算跟踪航天器当前所在位置对应的碰撞概率;

其中,xt和yt分别表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标,d7表示安全机动区的作用范围。

4.根据权利要求3所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,第三设定时间间隔小于第二设定时间间隔,第二设定时间间隔小于第一设定时间间隔。

5.根据权利要求1或3所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,安全机动区为满足以下公式3的区域,当跟踪航天器位于安全机动区时,利用改进等碰撞概率线法生成避障控制力,根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制;

其中,xt和yt分别表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标,d7表示安全机动区的作用范围,d0表示等碰撞概率线作用区域的半径。

6.根据权利要求5所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,当跟踪航天器位于安全机动区时,避障控制力利用以下公式6和公式7计算;

其中,frepel表示避障控制力,表示改进型排斥力函数,r1-t表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的相对位置,表示梯度函数,表示改进型排斥力函数对相对位置r1-t求导的梯度,表示相对位置不确定性的协方差矩阵,d0表示等碰撞概率线作用区域的半径。

7.根据权利要求1、3或5所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,终端接近区为满足以下公式9的区域,当跟踪航天器位于终端接近区时,利用自适应混合高斯模型法生成避障控制力,根据避障控制力对跟踪航天器进行避障控制;

其中,xt和yt分别表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系的x方向和y方向上的坐标,d0表示等碰撞概率线作用区域的半径。

8.根据权利要求7所述的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,其特征在于,当跟踪航天器位于终端接近区时,避障控制力利用以下公式11和公式12计算;

其中,frepel表示避障控制力,v2(r1-t,cδx,θk)表示排斥力函数,r1-t表示t时刻跟踪航天器在目标航天器的轨道坐标系下的相对位置,表示梯度函数,表示排斥力函数对相对位置r1-t求导的梯度,cδx表示跟踪航天器的状态矢量不确定性协方差矩阵,θk表示目标航天器外包络表面的混合高斯模型中的第k个高斯函数分量所包含的参数变量集合,d0表示等碰撞概率线作用区域的半径。


技术总结
本发明公开了一种基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法,包括:利用碰撞概率密度函数计算碰撞概率;基于碰撞概率,将目标航天器的外区域依次划分为非规避区、安全机动区和终端接近区;当跟踪航天器位于非规避区时,跟踪航天器不做避障控制;当跟踪航天器位于安全机动区时,利用改进等碰撞概率线法生成避障控制力,对跟踪航天器进行避障控制;当跟踪航天器位于终端接近区时,利用自适应混合高斯模型法生成避障控制力,对跟踪航天器进行避障控制。本发明的基于飞行安全区法的航天器集群飞行控制方法能够在考虑任意复杂外形的目标航天器和不确定性因素影响的情况下,实现航天器集群的安全飞行控制,计算工作少,控制精度高。

技术研发人员:朱效洲;姚雯;陈小前;王祎
受保护的技术使用者:中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
技术研发日:2021.02.02
技术公布日:2021.06.18
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1