【摘要】：航天器近距離接近操作的復(fù)雜性以及動(dòng)態(tài)性,對(duì)自主規(guī)劃方法的快速性、精準(zhǔn)性以及實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。本文利用采樣運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法,分別從基于脈沖推力與連續(xù)推力兩個(gè)方面對(duì)航天器近距離接近位姿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題進(jìn)行了研究,該方法對(duì)于處理復(fù)雜約束問題以及解決高維狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。首先給出描述航天器近距離運(yùn)動(dòng)所需的坐標(biāo)系,建立航天器相對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)模型以及姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)模型,基于兩點(diǎn)邊值問題推導(dǎo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移顯式方程。此外,對(duì)采樣運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的基本概念、采樣方法、搜索方法以及相關(guān)改進(jìn)方法進(jìn)行介紹和初步仿真驗(yàn)證。針對(duì)脈沖推力模式的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,將問題分解為平動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)劃。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、控制能力、障礙規(guī)避以及姿態(tài)指向等約束進(jìn)行處理,分別利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移顯式方程與常值推力運(yùn)動(dòng)方程建立平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)局部規(guī)劃器。考慮時(shí)間因素,首先采用改進(jìn)的快速行進(jìn)樹(R-FMT*)算法進(jìn)行初步軌跡運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,之后利用脈沖矢量疊加以及線性同倫進(jìn)行軌跡優(yōu)化,最終使用改進(jìn)的雙向平衡搜索的快速搜索稠密樹(RB-RDT*)算法進(jìn)行姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)劃,最終得到整段運(yùn)動(dòng)規(guī)劃解。針對(duì)連續(xù)推力模式的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,給出該規(guī)劃方法中所需處理的約束條件,且將平動(dòng)與姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)劃嵌入到同一個(gè)局部規(guī)劃器中。首先利用考慮時(shí)間因素的改進(jìn)雙向平衡搜索的RB-RDT*算法進(jìn)行整段運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,其搜索樹生長平衡了位置、姿態(tài)、速度以及角速度等因素,基于整段規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行分段運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃解進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)兩種推力模式分別進(jìn)行了相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文提出的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法在復(fù)雜空間環(huán)境下的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力。
【圖文】：

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本文編號(hào)：2637524