一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法
【專利摘要】一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法，首先選取任意一條由CW方程描述的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡，確定CW兩脈沖制導(dǎo)方法的使用范圍，進(jìn)而確定用于安全帶確定的軌跡段；然后劃分各安全帶的范圍，并根據(jù)計(jì)算的安全帶確定當(dāng)前追蹤航天器所處的安全帶；最后根據(jù)當(dāng)前追蹤航天器在安全帶中的位置，執(zhí)行相應(yīng)的控制指令，對(duì)追蹤航天器進(jìn)行控制，本發(fā)明能夠?qū)壽E出現(xiàn)的偏差及時(shí)修正，并能實(shí)時(shí)判斷可能出現(xiàn)的故障，解決了近距離交會(huì)對(duì)接過(guò)程的燃料消耗和實(shí)時(shí)安全性的平衡。
【專利說(shuō)明】一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法，特別是一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì) 對(duì)接軌跡安全帶確定方法，采用CW兩脈沖制導(dǎo)方法確定近距離交會(huì)對(duì)接的安全帶，適用于 近距離交會(huì)對(duì)接領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 交會(huì)對(duì)接是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，在該過(guò)程中經(jīng)常有事故發(fā)生。近些年來(lái)有日本的 ETS-VII和美國(guó)的DART衛(wèi)星因故障影響任務(wù)進(jìn)行或任務(wù)失敗的報(bào)道。所以在交會(huì)對(duì)接過(guò)程 中，特別是在對(duì)自主交會(huì)要求逐漸提高的趨勢(shì)下，軌跡安全成為了一個(gè)重要的研究課題。
[0003] 目前，有關(guān)交會(huì)對(duì)接軌跡安全的研究主要有如下幾類：第一類是針對(duì)特殊類型的 軌跡，給出軌跡安全的條件；第二類是利用在線數(shù)值計(jì)算的方法獲得安全的軌跡；第三類 針對(duì)某些典型工況分析給出軌跡安全的充分條件或充要條件，并作為軌跡安全判斷和主動(dòng) 安全控制的依據(jù)；第四類求解交會(huì)對(duì)接過(guò)程的碰撞概率。
[0004] 在實(shí)際飛行任務(wù)的近距離交會(huì)中，追蹤航天器一般是沿著規(guī)劃好的軌跡逐步靠近 目標(biāo)航天器。由于求解制導(dǎo)策略所用的動(dòng)力學(xué)方程和實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境有偏差，且導(dǎo)航和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)都存在偏差，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)修正或間隔一定時(shí)間進(jìn)行修正軌跡偏差。如果進(jìn)行實(shí)時(shí) 修正，燃料消耗可能比較大，如果間隔一定時(shí)間進(jìn)行軌跡修正可能無(wú)法實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)發(fā)生的故 障。上述的研究方法無(wú)法做到實(shí)時(shí)控制和軌跡安全判斷的統(tǒng)一和平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本方明的技術(shù)解決問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有方法的不足，提出了一種基于制導(dǎo)脈沖的交 會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法，針對(duì)近距離確定軌跡的交會(huì)對(duì)接任務(wù)，提出了基于制導(dǎo)脈沖 的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶，對(duì)軌跡出現(xiàn)的偏差及時(shí)修正，并能實(shí)時(shí)判斷可能出現(xiàn)的故障，解決 了近距離交會(huì)對(duì)接過(guò)程的燃料消耗和實(shí)時(shí)安全性的平衡。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法， 步驟如下：
[0007] (1)選取任意一條由CW方程描述的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡；所述交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自 由軌跡為由CW兩脈沖制導(dǎo)方法確定且未經(jīng)修正的，用于描述追蹤航天器和目標(biāo)航天器相 對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡；
[0008] (2)根據(jù)CW兩脈沖制導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的性質(zhì)，確定CW兩脈沖制導(dǎo)方法的 使用范圍，進(jìn)而確定步驟（1)選取的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡中用于安全帶確定的軌跡段；
[0009] (3)計(jì)算步驟（2)中得到的軌跡段的安全帶，所述安全帶包括無(wú)控帶、修正帶、警 戒帶和緊急撤離帶；
[0010] (4)根據(jù)步驟（2)中的公式計(jì)算得到追蹤航天器CW兩脈沖制導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo) 脈沖的在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量Λ Vx和Λ Vz，從而根據(jù)步驟（3)中計(jì)算的安全帶 確定當(dāng)前追蹤航天器所處的安全帶；
[0011] (5)根據(jù)當(dāng)前追蹤航天器在安全帶中的位置，執(zhí)行相應(yīng)的控制指令，對(duì)追蹤航天器 進(jìn)行控制，具體為：
[0012] 若當(dāng)前追蹤航天器處于無(wú)控帶，則不進(jìn)行制導(dǎo)控制；
[0013] 若當(dāng)前追蹤航天器處于修正帶，則利用步驟（4)中計(jì)算的追蹤航天器CW兩脈沖制 導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量Λ Vx和Λ Vz改變追蹤航天 器飛行速度的大小和方向，從而對(duì)追蹤航天器的飛行軌跡進(jìn)行修正，使得追蹤航天器回歸 到無(wú)控帶；
[0014] 若當(dāng)前追蹤航天器處于警戒帶，則利用步驟（4)中計(jì)算的追蹤航天器CW兩脈沖制 導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量Λ Vx和Λ Vz改變追蹤航天 器飛行速度的大小和方向，從而對(duì)追蹤航天器的飛行軌跡進(jìn)行修正，同時(shí)向地面發(fā)出警戒 指令；
[0015] 若當(dāng)前追蹤航天器處于緊急撤離帶，則執(zhí)行緊急撤離指令，對(duì)追蹤航天器施加固 定的撤離脈沖，使得追蹤航天器遠(yuǎn)離目標(biāo)航天器，避免兩個(gè)航天器發(fā)生碰撞。
[0016] 所述步驟（2)中根據(jù)CW兩脈沖制導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的性質(zhì)，確定CW兩脈 沖制導(dǎo)方法的使用范圍，進(jìn)而確定步驟（1)選取的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡中用于安全帶確 定的軌跡段；具體為 ：
[0017] CW兩脈沖制導(dǎo)方法中的第一個(gè)制導(dǎo)脈沖為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法，其特征在于步驟如下： (1) 選取任意一條由CW方程描述的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡；所述交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌 跡為由CW兩脈沖制導(dǎo)方法確定且未經(jīng)修正的，用于描述追蹤航天器和目標(biāo)航天器相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的軌跡； (2) 根據(jù)CW兩脈沖制導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的性質(zhì)，確定CW兩脈沖制導(dǎo)方法的使用 范圍，進(jìn)而確定步驟（1)選取的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡中用于安全帶確定的軌跡段； (3) 計(jì)算步驟（2)中得到的軌跡段的安全帶，所述安全帶包括無(wú)控帶、修正帶、警戒帶 和緊急撤離帶； (4) 根據(jù)步驟（2)中的公式計(jì)算得到追蹤航天器CW兩脈沖制導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖 的在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量AVx和Λ Vz，從而根據(jù)步驟（3)中計(jì)算的安全帶確定 當(dāng)前追蹤航天器所處的安全帶； (5) 根據(jù)當(dāng)前追蹤航天器在安全帶中的位置，執(zhí)行相應(yīng)的控制指令，對(duì)追蹤航天器進(jìn)行 控制，具體為： 若當(dāng)前追蹤航天器處于無(wú)控帶，則不進(jìn)行制導(dǎo)控制； 若當(dāng)前追蹤航天器處于修正帶，則利用步驟（4)中計(jì)算的追蹤航天器CW兩脈沖制導(dǎo)方 法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量Λ Vx和Λ Vz改變追蹤航天器飛 行速度的大小和方向，從而對(duì)追蹤航天器的飛行軌跡進(jìn)行修正，使得追蹤航天器回歸到無(wú) 控帶； 若當(dāng)前追蹤航天器處于警戒帶，則利用步驟（4)中計(jì)算的追蹤航天器CW兩脈沖制導(dǎo)方 法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量Λ Vx和Λ Vz改變追蹤航天器飛行 速度的大小和方向，從而對(duì)追蹤航天器的飛行軌跡進(jìn)行修正，同時(shí)向地面發(fā)出警戒指令； 若當(dāng)前追蹤航天器處于緊急撤離帶，則執(zhí)行緊急撤離指令，對(duì)追蹤航天器施加固定的 撤離脈沖，使得追蹤航天器遠(yuǎn)離目標(biāo)航天器，避免兩個(gè)航天器發(fā)生碰撞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法，其特征 在于：所述步驟（2)中根據(jù)CW兩脈沖制導(dǎo)方法中第一個(gè)制導(dǎo)脈沖的性質(zhì)，確定CW兩脈沖制 導(dǎo)方法的使用范圍，進(jìn)而確定步驟（1)選取的交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡中用于安全帶確定的 軌跡段；具體為 ： CW兩脈沖制導(dǎo)方法中的第一個(gè)制導(dǎo)脈沖為：
式中，Λ Vx和Λ Vz為第一個(gè)制導(dǎo)脈沖在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的分量，ωτ為目標(biāo)航 天器的軌道角速度，x〇和Ztl分別為交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡初始時(shí)刻在RVD坐標(biāo)系中X軸和 z軸的位置，矣和4分別為交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡初始時(shí)刻在RVD坐標(biāo)系中X軸和z軸的 速度，Xf和Zf分別為交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡末端時(shí)刻在RVD坐標(biāo)系中X軸和Z軸的位置， t為CW兩脈沖制導(dǎo)的轉(zhuǎn)移時(shí)間； 確定第一個(gè)制導(dǎo)脈沖兩個(gè)公式中分母等于預(yù)先設(shè)定的閾值ε時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移時(shí)間， 進(jìn)而確定交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡安全帶確定的軌跡段；即在交會(huì)對(duì)接標(biāo)稱自由軌跡中去除 距末端的時(shí)間小于等于由閾值ε確定的轉(zhuǎn)移時(shí)間所對(duì)應(yīng)的軌跡段，所述〇〈ε <0.0012。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于制導(dǎo)脈沖的交會(huì)對(duì)接軌跡安全帶確定方法，其特征 在于：所述步驟（3)中計(jì)算步驟（2)中得到的軌跡段的安全帶，所述安全帶包括無(wú)控帶、修 正帶、警戒帶和緊急撤離帶，具體過(guò)程為： 各安全帶的表達(dá)式如下： i) 無(wú)控帶：| AVx| + | AVzI 彡 V1 ii) 修正帶 Wl AVxM AVzI 彡 V2 iii) 警戒帶:V2〈| Λνχ| + | AVzI SV3 iv) 緊急撤離帶：| AVx| + | AVz|>V3 式中，Vp V2和V3分別為安全帶劃分閾值，具體表達(dá)式如下： V1 = I Δνχ|-+| Λνζ|-+δι V2= I Δνχ|"χ+| AVjfflax+δ 2 V3= I Δνχ|"χ+| AVzIfflax+δ 3 δ" 62和63為預(yù)先設(shè)定的修正值，I AVxImax和I AVzImax具體由公式：
給出，其中 Y lmax、Y 2max、Y 3max、入 Imax、入 2max 和入 3max 分力lJ為 Yl、丫2、丫3、入 1、入 2 和入 3 的最大值，Y P Y 2、Y 3、λ 1、λ 2和λ 3由公式：
給出。
【文檔編號(hào)】B64G3/00GK104229161SQ201410419422
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】陳長(zhǎng)青, 梁靜靜, 解永春, 王敏, 蘇晏 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所