針對(duì)航天器近距離操作的安全問(wèn)題,提出了一種基于人工勢(shì)函數(shù)改進(jìn)的碰撞規(guī)避控制算法.根據(jù)航天器與目標(biāo)、障礙物之間的實(shí)時(shí)狀態(tài),利用人工勢(shì)函數(shù)算法,計(jì)算航天器的實(shí)時(shí)加速度,規(guī)劃航天器的軌跡.為改進(jìn)人工勢(shì)函數(shù)方法的適用性,提出三個(gè)方面的改進(jìn)措施:首先,在人工勢(shì)函數(shù)算法中,為提高碰撞預(yù)警的準(zhǔn)確性,減少額外機(jī)動(dòng),碰撞預(yù)警采用碰撞概率代替相對(duì)距離.其次,為了提高對(duì)接安全,降低接近目標(biāo)航天器的相對(duì)速度,利用相對(duì)速度的安全接近走廊來(lái)計(jì)算目標(biāo)排斥力.最后,針對(duì)大多航天器不能提供任意連續(xù)變化推力的情況,設(shè)置兩種實(shí)用的推力形式,如bang-bang控制的推力形式和恒定變化率的推力形式,代替連續(xù)變推力形式.通過(guò)對(duì)不同算例的比較,成功地揭示了主要任務(wù)參數(shù)（如碰撞預(yù)警方法、速度安全邊界和實(shí)際加速度形式）對(duì)近距離操作安全的影響.結(jié)果表明,該方法可以提高航天器近距離操作的安全性、效率性,并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)時(shí)性強(qiáng). 

【文章來(lái)源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

相對(duì)運(yùn)動(dòng)框架

圖2給出了采用兩種不同APF控制方法的服務(wù)航天器軌跡圖,其中紅色實(shí)線代表基于最小距離的APF控制方法、黑色虛線代表基于碰撞概率的APF控制方法.從圖2中可以看出,兩種軌跡差別較小.這一方面驗(yàn)證了基于瞬時(shí)碰撞概率的APF控制方法的可行性,另一方面,瞬時(shí)碰撞概率僅僅作為APF控制方法制導(dǎo)的門(mén)限,對(duì)于靜態(tài)障礙物的控制軌跡改進(jìn)并不顯著.3.1.2 動(dòng)態(tài)障礙物

兩種預(yù)警方法仿真得到的軌跡對(duì)比如圖3所示,圖中紅色粗實(shí)線為基于最小距離機(jī)動(dòng)的服務(wù)航天器軌跡圖,推進(jìn)劑消耗為0.049 kg;黑色細(xì)虛線為基于瞬時(shí)碰撞概率機(jī)動(dòng)的服務(wù)航天器軌跡圖,推進(jìn)劑消耗為0.023 kg.從圖3中可以明顯看出,基于最小距離機(jī)動(dòng)的情況下出現(xiàn)虛假報(bào)警情況,導(dǎo)致服務(wù)航天器進(jìn)行了較多的軌道機(jī)動(dòng),從而造成額外的推進(jìn)劑消耗;而基于碰撞概率的APF方法有效地減少了虛警率,避免額外的機(jī)動(dòng),減少了不必要的推進(jìn)劑消耗.3.2 基于速度走廊設(shè)計(jì)目標(biāo)航天器斥力的仿真分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]航天器碰撞概率計(jì)算方法研究進(jìn)展[J]. 楊維維,趙勇,陳小前,王振國(guó).  中國(guó)空間科學(xué)技術(shù). 2012(06)
[3]空間交會(huì)軌跡安全性定量評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J]. 梁立波,羅亞中,王華,唐國(guó)金.  宇航學(xué)報(bào). 2010(10)
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博士論文
[1]航天器近距離相對(duì)運(yùn)動(dòng)安全控制技術(shù)[D]. 倪慶.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016

碩士論文
[1]共位約束靜止軌道交會(huì)安全評(píng)價(jià)與任務(wù)規(guī)劃[D]. 孫振江.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3505759