針對(duì)服務(wù)航天器近距離接近非合作目標(biāo)的任務(wù),考慮相對(duì)導(dǎo)航高質(zhì)量成像需求,將目標(biāo)視線角作為優(yōu)化指標(biāo)的一部分,建立能量+視線角最優(yōu)的位姿一體規(guī)劃問(wèn)題,設(shè)計(jì)一種信賴域約束的序列凸規(guī)劃方法對(duì)非凸原問(wèn)題進(jìn)行迭代求解。通過(guò)直接線性化或二階錐近似對(duì)性能指標(biāo)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及路徑約束中的非凸項(xiàng)進(jìn)行凸化處理,原問(wèn)題被松弛為凸化子問(wèn)題。引入信賴域變量對(duì)序列迭代的軌跡偏差進(jìn)行約束,促進(jìn)序列凸規(guī)劃算法求解高維非凸問(wèn)題時(shí)的收斂性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了視線角性能指標(biāo)的有效性和信賴域約束的序列凸規(guī)劃方法良好的收斂性。 

【文章來(lái)源】：導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2020,(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

相對(duì)速度分量Fig.5VariationsofRelativeVelocitiesc）Z向

周鼎等考慮目標(biāo)視線角指標(biāo)的近距離接近位姿一體序列凸規(guī)劃第6期571.3.1傳感器視場(chǎng)角約束為保證持續(xù)的相對(duì)導(dǎo)航，在近距離接近過(guò)程中，位姿軌跡需要使目標(biāo)一直處于服務(wù)航天器的傳感器視場(chǎng)內(nèi)，如圖2所示，相應(yīng)的約束可表示為T(mén)FOVcoscosCρbdCρbd（4）式中為目標(biāo)視線角；b表示傳感器的安裝位置在S系中的分量列陣；d表示傳感器光軸方向矢量在S系中的分量列陣；FOV為傳感器視場(chǎng)角。注意到，非線性項(xiàng)Cρ使得位姿狀態(tài)耦合到一起。xyzxyzOO(O)dbρCρbFOV圖2視場(chǎng)角約束及碰撞規(guī)避約束示意Fig.2IllustrationofConstraintsOnFieldofViewandCollisionAvoidance1.3.2碰撞規(guī)避約束在最終與目標(biāo)進(jìn)行�？炕�?qū)硬僮髑埃⻊?wù)航天器必須避免與目標(biāo)發(fā)生任何碰撞，所以質(zhì)心相對(duì)距離必須大于安全距離safer，如圖2所示，該約束可表示為T(mén)2safeρρr（5）本文中考慮服務(wù)航天器和目標(biāo)的外形尺寸，安全距離safer6.6m。1.3.3控制能力約束考慮服務(wù)航天器的敏捷機(jī)動(dòng)能力，其位姿控制均通過(guò)推力器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其物理特性（如最大推力等）使得可用的控制力/力矩在有限的范圍內(nèi)，相應(yīng)地施加到控制加速度上的約束可表示為pp,maxrr,maxuuuu（6）式中p,maxmaxsuFm，r,maxmaxsuTm，maxF和maxT分別表示最大可達(dá)的控制力和力矩，一般通過(guò)推力器布局的可達(dá)集分析獲得，本文不作討論，以參數(shù)形式給出。1.4性能指標(biāo)根據(jù)上述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和路徑約束的描述，將服務(wù)航天器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)定義為T(mén)TTrSISLx[ω,σ]，?

cecraft參數(shù)數(shù)值初始位置/m[-50,-11,7]T初始速度/(m·s-1)[0,0,0]T初始姿態(tài)角速度/(rad·s-1)[0,0,0]T初始MRP[0.34,0.41,0.37]T終端位置/m[-12,0,0]T終端速度/(m·s-1)[0,0,0]T終端姿態(tài)角速度/(rad·s-1)[0,0,0]T終端MRP[1/3,1/3,1/3]T序列凸化的參數(shù)設(shè)置如下：離散區(qū)間數(shù)K60，精度要求x1×10-7，性能指標(biāo)相對(duì)權(quán)重w0.5，信賴域權(quán)重系數(shù)w1.0。經(jīng)過(guò)5次凸化子問(wèn)題求解后，迭代過(guò)程滿足停止準(zhǔn)則，信賴域半徑達(dá)到9.6×10-10，求解過(guò)程耗時(shí)102s。如圖3所示，與單獨(dú)的能量-最優(yōu)相比，將視線角作為優(yōu)化指標(biāo)可有效降低機(jī)動(dòng)過(guò)程中目標(biāo)視線角的峰值，使目標(biāo)視線矢量保持在傳感器光軸附近，有益于相對(duì)導(dǎo)航的成像質(zhì)量。圖3不同性能指標(biāo)下目標(biāo)視線角Fig.3VariationsofLOSAngleoftheTargetwithDifferentPerformanceIndex圖4~12給出規(guī)劃的位姿狀態(tài)變化、約束滿足情況及控制力/力矩。機(jī)動(dòng)過(guò)程位姿狀態(tài)變化平穩(wěn)，控制力/力矩均未超出容許上界，最大控制力為7.999N，最大控制力矩為0.376N·m，控制呈現(xiàn)明顯的分段常值特征。相對(duì)速度最大為0.135m/s，整個(gè)機(jī)動(dòng)過(guò)程中速度大小比較穩(wěn)定，無(wú)明顯振蕩，慣性姿態(tài)角速度最大值為0.095(°)/s。目標(biāo)視線角最大值為0.88°，遠(yuǎn)小于

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮時(shí)間狀態(tài)的敏捷自主在軌服務(wù)航天器高維運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[J]. 王平,郭繼峰,陳誠(chéng),崔乃剛.  宇航學(xué)報(bào). 2011(04)
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碩士論文
[1]序列二次規(guī)劃（SQP）算法及其在航天器追逃中的應(yīng)用[D]. 羅建.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3622066