一種對空間失控目標的自主逼近方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對空間失控目標的自主逼近方法。首先，根據(jù)失控目標姿態(tài)的實際運動情況解算其被動捕獲裝置在目標軌道坐標系的運動形式；其次，根據(jù)被動捕獲裝置的運動形式，設(shè)計服務(wù)航天器相對目標的位置矢量，使其與被動捕獲裝置安裝矢量在一條直線上；然后，控制服務(wù)航天器的姿態(tài)，使其主動捕獲裝置安裝矢量與其相對目標的位置矢量在一條直線上；最后，由服務(wù)航天器任務(wù)需求及相對目標的位置矢量，設(shè)計逼近過程的相對距離的變化規(guī)律。
【專利說明】一種對空間失控目標的自主逼近方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天設(shè)備操控領(lǐng)域，特別涉及一種對空間失控目標的自主逼近方法。【背景技術(shù)】
[0002]空間操控技術(shù)是目前航天【技術(shù)領(lǐng)域】研究的熱點。故障衛(wèi)星的營救及廢棄衛(wèi)星的移除都屬于空間操控技術(shù)。對故障衛(wèi)星的營救或?qū)U棄衛(wèi)星的移除，其前提是實現(xiàn)對它們的捕獲，而捕獲的前提是對它們進行逼近。衛(wèi)星上通常都安裝有被動捕獲裝置，而服務(wù)航天器上裝有對應(yīng)的主動捕獲裝置，用于捕獲目標。
[0003]故障或廢棄衛(wèi)星在空間處于失控狀態(tài)，通稱它們?yōu)槭Э啬繕?。目前，在解決空間失控目標的自主逼近問題時，通常假設(shè)失控目標的姿態(tài)是沿其最大主慣量軸的自旋，采用沿其自旋軸方向逼近的方法來解決失控目標的逼近問題。而失控目標在空間受各種環(huán)境力矩的影響，其實際姿態(tài)并非純粹沿其最大主慣量軸自旋，還存在章動運動。因此，在對其進行捕獲時會出現(xiàn)一定的偏差，捕獲難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種對空間失控目標的自主逼近方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種對空間失控目標的自主逼近方法，包括步驟:
[0006]S1、根據(jù)目標的姿態(tài)運動情況計算出目標本體坐標系Ob到目標軌道坐標系Ot的坐標轉(zhuǎn)換矩陣RTb，利用計算得到的坐標轉(zhuǎn)換矩陣RTb計算目標上的被動捕獲裝置在目標軌道坐標系Ot的運動形式rTt:
[0007]rTt = RTbrbt ；
[0008]其中，rbt為被動捕獲裝置在目標上的安裝矢量；
[0009]S2、根據(jù)被動捕獲裝置的運動形式rTt，在目標軌道坐標系Ot內(nèi)設(shè)計服務(wù)航天器相對于目標的位置矢量1T:
[0010]It = I (t) η ;
[0011]其中，I⑴為位置矢量It的模長，即服務(wù)航天器相對于目標的距離，η為位置矢量It的方向矢量，且n = rTt/Il rTt Il , Il rTt II為的rTt模長；
[0012]S3、控制服務(wù)航天器的姿態(tài)，使服務(wù)航天器上的主動捕獲裝置的安裝矢量rbs相對于目標的位置矢量It在一條直線上:
[0013]rbsX It = O ；
[0014]S4、設(shè)計逼近過程中服務(wù)航天器相對于目標的距離I (t)的變化規(guī)律，
[0015]I (t) = -V (t+Pi (exp (—t/P) -1)) +10 ；
[0016]其中，V為逼近速率，P1為逼近啟動時的緩沖系數(shù)，10為初始距離。
[0017]較佳的，還包括步驟:
[0018]S5、根據(jù)S1-S4建立服務(wù)航天器對目標自主逼近的動力學(xué)模型，以便于設(shè)計服務(wù)航天器的軌道和姿態(tài)控制。
[0019]較佳的，目標本體坐標系Ob包括坐標Xbybzb,目標軌道坐標系Ot包括坐標xTyTzT。
[0020]本發(fā)明提供的一種對空間失控目標的自主逼近方法捕捉目標準確，為故障衛(wèi)星的營救及廢棄衛(wèi)星的移除提供技術(shù)支持，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1所示的是服務(wù)航天器與目標的運動關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0023]本發(fā)明基于失控目標姿態(tài)的實際運動情況，解算被動捕獲裝置的運動形式，并根據(jù)其運動形式來設(shè)計服務(wù)航天器逼近目標的運動規(guī)律，進而實現(xiàn)對空間失控目標的自主逼近。
[0024]為了便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。
[0025]如圖1所示，目標本體坐標系Ob包括坐標xbybzb，目標軌道坐標系Ot包括坐標xTyTzTO rbt為被動捕獲裝置在目標上的安裝矢量；rbs為服務(wù)航天器上的主動捕獲裝置的安裝矢量；1τ為服務(wù)航天器相對于目標的位置矢量。
[0026]本發(fā)明基于失控目標姿態(tài)的實際運動情況，計算被動捕獲裝置的運動形式，并根據(jù)其運動形式來設(shè)計服務(wù)航天器逼近目標的運動規(guī)律，進而實現(xiàn)對空間失控目標的自主逼近?！揪唧w實施方式】包括:
[0027]首先，根據(jù)目標的姿態(tài)運動情況計算出目標本體系到目標軌道系的坐標轉(zhuǎn)換矩陣RTb，則可解算被動捕獲裝置在目標軌道坐標系的運動形式rTt為:
[0028]rTt = RTbrbt ； (I)
[0029]其次，根據(jù)被動捕獲裝置的運動形式rTt，在目標軌道坐標系內(nèi)設(shè)計服務(wù)航天器相對目標的位置矢量It為:
[0030]It = I (t)n ； (2)
[0031]式中，l(t)和η分別為位置矢量It的模長和方向矢量，且n = rTt/ Il rTt Il，II rTt II為的rTt模長。
[0032]然后，控制服務(wù)航天器的姿態(tài)，使服務(wù)航天器上的主動捕獲裝置的安裝矢量rbs相對于目標的位置矢量It在一條直線上:
[0033]rbsXlT = O ；(3)
[0034]最后，根據(jù)任務(wù)需求及相對位置矢量1τ，設(shè)計逼近過程中服務(wù)航天器相對目標的距離I (t)變化規(guī)律為:
[0035]I (t) = -V (t+Pi (exp (-t/Pj -1)) +10 ； (4)
[0036]其中，V為逼近速率，P1為逼近啟動時的緩沖系數(shù)，10為初始距離。[0037]結(jié)合式(I)?式(4)所示，并根據(jù)航天器軌道和姿態(tài)動力學(xué)理論知識，可建立服務(wù)航天器對失控目標自主逼近的動力學(xué)模型。然后由相關(guān)控制理論，設(shè)計相應(yīng)的軌道和姿態(tài)控制律，進而實現(xiàn)服務(wù)航天器對失控目標的逼近捕獲任務(wù)。這部分所涉及的航天器軌道動力學(xué)、姿態(tài)動力學(xué)及相關(guān)控制理論屬于公共理論知識，這里不再累述。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種對空間失控目標的自主逼近方法，其特征在于，包括步驟: 51、根據(jù)目標的姿態(tài)運動情況計算出目標本體坐標系Ob到目標軌道坐標系Ot的坐標轉(zhuǎn)換矩陣RTb，利用計算得到的坐標轉(zhuǎn)換矩陣RTb計算目標上的被動捕獲裝置在目標軌道坐標系Ot的運動形式rTt:
rTt — Rlbrbt ; 其中，rbt為被動捕獲裝置在目標上的安裝矢量； 52、根據(jù)被動捕獲裝置的運動形式rTt，在目標軌道坐標系Ot內(nèi)設(shè)計服務(wù)航天器相對于目標的位置矢量1T:1t = I (t)n ； 其中，I (t)為位置矢量It的模長，即服務(wù)航天器相對于目標的距離，η為位置矢量It的方向矢量，且n = rTt/||rTt Il，II rTt II為的rTt模長； 53、控制服務(wù)航天器的姿態(tài)，使服務(wù)航天器上的主動捕獲裝置的安裝矢量rbs相對于目標的位置矢量It在一條直線上:
rbsXlT = O ； 54、設(shè)計逼近過程中服務(wù)航天器相對于目標的距離I(t)的變化規(guī)律，
I (t) = -V (t+Pi (exp (-t/Pi) -1)) +10 ； 其中，V為逼近速率，P1為逼近啟動時的緩沖系數(shù)，Id為初始距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對空間失控目標的自主逼近方法，其特征在于，還包括步驟: 55、根據(jù)S1-S4建立服務(wù)航天器對目標自主逼近的動力學(xué)模型，以便于設(shè)計服務(wù)航天器的軌道和姿態(tài)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對空間失控目標的自主逼近方法，其特征在于，所述目標本體坐標系Ob包括坐標xbybzb,所述目標軌道坐標系Ot包括坐標xTyTzT。
【文檔編號】G05D1/12GK103970145SQ201410199480
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】張慶展, 康志宇, 肖余之, 靳永強 申請人:上海宇航系統(tǒng)工程研究所