本發(fā)明屬于航天器動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略。

背景技術(shù)：

隨著空間科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人類對(duì)于空間的探索活動(dòng)也在近幾十年急劇增加。迄今為止，人類已經(jīng)將數(shù)千顆人造衛(wèi)星成功送入軌道，用于執(zhí)行各種各樣的空間任務(wù)。然而就在全人類正在為自己所取得的巨大進(jìn)步暗自高興時(shí)，人類也逐漸認(rèn)識(shí)到了空間環(huán)境正在快速惡化。目前，空間碎片正在以一種“凱斯勒”效應(yīng)在快速增長(zhǎng)，同時(shí)現(xiàn)有的衛(wèi)星都不具備可維修的能力，一旦出現(xiàn)故障就只能報(bào)廢。在這種情況下，空間在軌服務(wù)概念廣泛提及，與此同時(shí)在軌服務(wù)技術(shù)也成為了當(dāng)前以及未來空間技術(shù)的研究熱點(diǎn)。空間在軌服務(wù)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，可以對(duì)空間故障衛(wèi)星在軌維修、部件升級(jí)，可以對(duì)未成功入軌的衛(wèi)星進(jìn)行輔助入軌、任務(wù)恢復(fù)，也可以用于空間碎片清除與空間攻防對(duì)抗等領(lǐng)域。鑒于其對(duì)在空間態(tài)勢(shì)及國民經(jīng)濟(jì)等方面的重大意義，世界各國紛紛展開了針對(duì)在軌服務(wù)技術(shù)的相關(guān)研究，包括軌道快車技術(shù)、工程試驗(yàn)衛(wèi)星-vii以及試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的多項(xiàng)任務(wù)都是對(duì)在軌服務(wù)相關(guān)技術(shù)的試驗(yàn)與驗(yàn)證。

在進(jìn)行空間在軌操作時(shí)，通常需要經(jīng)過以下幾個(gè)階段：自主安全交會(huì)，抓捕對(duì)接操作以及抓捕后穩(wěn)定操作。其中，自主安全交會(huì)作為后續(xù)其他操作的前提，直接關(guān)系到了整個(gè)在軌服務(wù)的成敗?，F(xiàn)有的針對(duì)合作目標(biāo)的自主交會(huì)對(duì)接技術(shù)已經(jīng)十分的成熟，并且被廣泛地應(yīng)用于空間站補(bǔ)給、火星采樣返回等任務(wù)中。然而，對(duì)于非合作目標(biāo)的自主交會(huì)技術(shù)從未進(jìn)行過相關(guān)的在軌演示驗(yàn)證，非合作目標(biāo)自主交會(huì)技術(shù)仍是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。非合作目標(biāo)是指那些不能通過星間鏈路傳遞自身信息，沒有合作標(biāo)識(shí)器的一類空間物體。非合作目標(biāo)在自身殘余角動(dòng)量以及空間復(fù)雜攝動(dòng)影響下通常會(huì)處于翻滾狀態(tài)，同時(shí)非合作目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息不能被服務(wù)航天器完全準(zhǔn)確地獲得，這使得對(duì)于非合作的自主安全交會(huì)變得十分的困難。本發(fā)明對(duì)非合作目標(biāo)的自主交會(huì)問題進(jìn)行了研究，采用基于零空間方法的軌跡規(guī)劃算法，設(shè)計(jì)出一條安全的自主交會(huì)軌跡。零空間方法是一種能夠同時(shí)處理多種任務(wù)要求的方法，它根據(jù)任務(wù)的緊迫性不同，對(duì)不同任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，將低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)向高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的零空間投影，從而保證低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)不會(huì)影響到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行。只有當(dāng)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)完成后才會(huì)完成低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，避免了任務(wù)之間的相互沖突。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略，對(duì)交會(huì)過程中的碰撞規(guī)避要求和對(duì)接點(diǎn)跟蹤要求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，從而規(guī)劃出一條安全的交會(huì)軌跡。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略，首先對(duì)自主交會(huì)過程進(jìn)行任務(wù)分析，將整個(gè)交會(huì)過程為非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)，對(duì)所述非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，并對(duì)每種基本任務(wù)所對(duì)應(yīng)的零空間進(jìn)行求解，最后再根據(jù)零空間方法對(duì)所述非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)進(jìn)行綜合，將低優(yōu)先級(jí)任務(wù)投影到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的零空間，從而保證了交會(huì)軌跡的安全性。

優(yōu)選的，具體包括以下步驟：

s1、對(duì)空間非合作目標(biāo)的翻滾運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，確定翻滾過程中抓捕對(duì)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

s2、對(duì)步驟s1所述非合作目標(biāo)自主交會(huì)任務(wù)進(jìn)行分解，并分別對(duì)所有基本任務(wù)進(jìn)行分析描述；

s3、對(duì)所述基本任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，同時(shí)對(duì)其零空間進(jìn)行求解；

s4、對(duì)步驟s3所述基本任務(wù)的速度輸出進(jìn)行求解，并對(duì)整個(gè)自主交會(huì)任務(wù)的速度輸出進(jìn)行綜合，得到整個(gè)任務(wù)的速度輸出；

s5、基于零空間方法生成自主交會(huì)軌跡，并進(jìn)行仿真分析與驗(yàn)證。

優(yōu)選的，步驟s1中，所述非合作目標(biāo)的翻滾運(yùn)動(dòng)可以通過姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程描述如下：

其中，jt表示非合作目標(biāo)的慣量張量，ωt表示非合作目標(biāo)本體系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度矢量，表示非合作目標(biāo)本體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)四元數(shù)，τ表示外界擾動(dòng)力矩。

優(yōu)選的，所述非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)在目標(biāo)軌道坐標(biāo)系中的表示為：

其中，rd表示對(duì)接抓捕點(diǎn)在目標(biāo)本體坐標(biāo)系中的分量，ρd表示對(duì)接抓捕點(diǎn)在目標(biāo)軌道坐標(biāo)系中的分量，表示由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)軌道系的方向余弦矩陣，表示由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)本體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，表示對(duì)方向余弦矩陣的轉(zhuǎn)置。

優(yōu)選的，所述非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)在軌道坐標(biāo)系中的分量可以表示為：

其中，vd表示非合作目標(biāo)抓捕點(diǎn)在軌道坐標(biāo)系中的矢量表示，n表示非合作目標(biāo)的軌道角速率。

優(yōu)選的，步驟s2中，所述非合作目標(biāo)自主交會(huì)任務(wù)包括碰撞規(guī)避任務(wù)和非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)；

所述碰撞規(guī)避任務(wù)為服務(wù)航天器和非合作目標(biāo)之間的距離：

m1＝min{||ρ-ρo||-d,0}

其中，m1為碰撞規(guī)避任務(wù)中的可控變量，ρ表示當(dāng)前服務(wù)航天器的位置矢量，ρo表示非合作目標(biāo)的位置矢量，d表示交會(huì)過程中所設(shè)定的服務(wù)航天器和非合作目標(biāo)之間的安全距離；

所述對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)為：

m2＝ρ

其中，m2表示對(duì)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)中的可控變量。

優(yōu)選的，步驟s3中，所述碰撞規(guī)避任務(wù)具有最高的優(yōu)先級(jí)，所述對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)為最低優(yōu)先級(jí)。

優(yōu)選的，所述可控變量m1的零空間為：

其中，表示可控變量m1所對(duì)應(yīng)的零空間，j1(ρ)表示對(duì)應(yīng)于可控變量m1的雅可比矩陣，表示矩陣j1(ρ)的廣義擬矩陣；

所述可控變量m2的零空間為：

其中，03表示3×3的零矩陣，表示可控變量m2所對(duì)應(yīng)的零空間，j2(ρ)表示對(duì)應(yīng)于可控變量m2的雅可比矩陣，表示矩陣j2(ρ)的廣義擬矩陣。

優(yōu)選的，步驟s4中，根據(jù)零空間方法，對(duì)所述碰撞規(guī)避任務(wù)和對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)的輸出v進(jìn)行綜合如下：

其中，v1為碰撞規(guī)避任務(wù)的速度輸出，v2為對(duì)接抓捕點(diǎn)任務(wù)的速度輸出，v表示任務(wù)綜合后的最終速度輸出。

優(yōu)選的，步驟s5中，對(duì)積分求解并進(jìn)行離散化，得到如下：

ρsafe(tk)＝ρsafe(tk-1)+v(tk)δt

其中，tk表示第k個(gè)采樣時(shí)間，ρsafe(tk)表示tk時(shí)刻由零空間方法得到的安全位置矢量，δt表示采樣周期。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明首先對(duì)自主交會(huì)過程進(jìn)行任務(wù)分析，將整個(gè)交會(huì)過程為兩個(gè)基本任務(wù)，分別是非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明對(duì)上述兩種任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，并對(duì)每種基本任務(wù)所對(duì)應(yīng)的零空間進(jìn)行求解，最后再根據(jù)零空間方法對(duì)這兩種任務(wù)進(jìn)行綜合，將低優(yōu)先級(jí)任務(wù)投影到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的零空間，從而保證了交會(huì)軌跡的安全性。

進(jìn)一步的，本發(fā)明先對(duì)空間非合作目標(biāo)的翻滾運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，確定翻滾過程中抓捕對(duì)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再對(duì)非合作目標(biāo)自主交會(huì)任務(wù)分解，并對(duì)所有基本任務(wù)分別進(jìn)行分析描述，然后對(duì)上述基本任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，同時(shí)對(duì)其零空間進(jìn)行求解，再對(duì)上述基本任務(wù)的速度輸出進(jìn)行求解，并對(duì)整個(gè)自主交會(huì)任務(wù)的速度輸出進(jìn)行綜合，最后基于零空間方法生成自主交會(huì)軌跡，并進(jìn)行仿真分析與驗(yàn)證，將一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)分解成幾個(gè)基本的任務(wù)單元，然后對(duì)基本任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。通過將低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)投影到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的零空間，從而保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)得到優(yōu)先處理，避免任務(wù)之間的沖突，基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略，可以使得服務(wù)航天器在逼近非合作目標(biāo)的過程中避免發(fā)生碰撞，從而確保交會(huì)任務(wù)的順利完成。

本發(fā)明所提供的基于零空間方法的自主交會(huì)策略是一種分層遞階控制的方法，它能夠確保高優(yōu)先級(jí)任務(wù)最先得到完成，從而避免不同優(yōu)先級(jí)任務(wù)之間發(fā)生沖突?；诹憧臻g方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)的跟蹤以及碰撞規(guī)避要求。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明自主交會(huì)過程中相對(duì)距離的變化曲線示意圖；

圖3為本發(fā)明自主交會(huì)過程中位置跟蹤誤差的變化曲線示意圖；

圖4為本發(fā)明自主交會(huì)過程中跟蹤速度的變化曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略，對(duì)空間非合作目標(biāo)自主交會(huì)過程中的安全交會(huì)軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保服務(wù)航天器在逼近非合作目標(biāo)的過程避免與其發(fā)生碰撞。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明公開了一種基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略，首先對(duì)自主交會(huì)過程進(jìn)行任務(wù)分析，將整個(gè)交會(huì)過程為非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)。對(duì)所述非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，并對(duì)每種基本任務(wù)所對(duì)應(yīng)的零空間進(jìn)行求解，最后再根據(jù)零空間方法對(duì)所述非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)和碰撞規(guī)避任務(wù)進(jìn)行綜合，將低優(yōu)先級(jí)任務(wù)投影到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的零空間，從而保證了交會(huì)軌跡的安全性。

具體步驟如下：

s1、對(duì)空間非合作目標(biāo)的翻滾運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，確定翻滾過程中抓捕對(duì)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

非合作目標(biāo)在自身殘余角動(dòng)量及空間復(fù)雜攝動(dòng)環(huán)境影響下通常處于自由翻滾狀態(tài)，因此非合作目標(biāo)的翻滾運(yùn)動(dòng)可以通過姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程描述如下：

其中，jt表示非合作目標(biāo)的慣量張量，ωt表示非合作目標(biāo)本體系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度矢量，表示非合作目標(biāo)本體坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)四元數(shù)，τ表示外界擾動(dòng)力矩。對(duì)于近距離自主交會(huì)任務(wù)，通常任務(wù)的持續(xù)時(shí)間很短，因此外界擾動(dòng)力矩可以忽略即τ＝0。

由于非合作目標(biāo)處于自由翻滾狀態(tài)，因此導(dǎo)致固連在非合作目標(biāo)本體上的對(duì)接抓捕點(diǎn)也是隨時(shí)間發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。為了確保下一步抓捕對(duì)接操作的順利進(jìn)行，必須要求服務(wù)航天器在自主交會(huì)的末端時(shí)刻完成對(duì)對(duì)接抓捕點(diǎn)的精確跟蹤，因此需要將對(duì)接抓捕點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到目標(biāo)軌道坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)化過程如下：

由非合作目標(biāo)的軌道六要素可以方便地得到由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)軌道坐標(biāo)系的方向余弦矩陣如下：

其中，表示由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)軌道系的方向余弦矩陣，ω,i,θ分別表示非合作目標(biāo)的升交點(diǎn)赤經(jīng)，軌道傾角以及緯度幅角。

同時(shí)，由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)本體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣可以表示為

其中，表示由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)本體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣。

因此，非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)在目標(biāo)軌道坐標(biāo)系中的表示為

其中，rd表示對(duì)接抓捕點(diǎn)在目標(biāo)本體坐標(biāo)系中的分量，ρd表示對(duì)接抓捕點(diǎn)在目標(biāo)軌道坐標(biāo)系中的分量，表示由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)軌道系的方向余弦矩陣，表示由慣性坐標(biāo)系到目標(biāo)本體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，表示對(duì)方向余弦矩陣的轉(zhuǎn)置。

此外，非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)在軌道坐標(biāo)系中的分量可以表示為

其中，vd表示非合作目標(biāo)抓捕點(diǎn)在軌道坐標(biāo)系中的矢量表示，n表示非合作目標(biāo)的軌道角速率。

s2、對(duì)非合作目標(biāo)自主交會(huì)任務(wù)分解，并對(duì)所有基本任務(wù)分別進(jìn)行分析描述；

對(duì)于整個(gè)自主交會(huì)任務(wù)，可以將其分為兩個(gè)基本任務(wù)，分別是碰撞規(guī)避任務(wù)和非合作目標(biāo)對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)。這兩個(gè)基本任務(wù)具體描述如下：

在近距離交會(huì)過程中，碰撞規(guī)避任務(wù)能夠保證服務(wù)航天器的安全和完整，為后續(xù)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)提供基本的保障。通常避障任務(wù)可以表述為服務(wù)航天器和非合作目標(biāo)之間的距離

m1＝min{||ρ-ρo||-d,0}

其中，m1為碰撞規(guī)避任務(wù)中的可控變量，ρ表示當(dāng)前服務(wù)航天器的位置矢量，ρo表示非合作目標(biāo)的位置矢量，d表示交會(huì)過程中所設(shè)定的服務(wù)航天器和非合作目標(biāo)之間的安全距離。

除了避障任務(wù)外，服務(wù)航天器還需要跟蹤非合作目標(biāo)的對(duì)接抓捕點(diǎn)，以便進(jìn)行下一步的抓捕操作。根據(jù)上述描述，對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)可以方便地描述為

m2＝ρ

其中，m2表示對(duì)接點(diǎn)跟蹤任務(wù)中的可控變量。

s3、對(duì)上述基本任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，同時(shí)對(duì)其零空間進(jìn)行求解；

根據(jù)步驟s2可知，自主交會(huì)過程中涉及到兩個(gè)基本任務(wù)，分別是碰撞規(guī)避任務(wù)和對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)。從這兩個(gè)任務(wù)中可以輕易地分析出其優(yōu)先性，碰撞規(guī)避任務(wù)是整個(gè)后續(xù)任務(wù)進(jìn)行的前提，故而其具有最高的優(yōu)先級(jí)，所以對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低。

由于零空間方法需要將低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)投影到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的零空間，因此就需要對(duì)兩種基本任務(wù)的任務(wù)零空間進(jìn)行求解。根據(jù)零空間方法，需要對(duì)可控變量m1和m2分別求雅可比矩陣，具體求解如下：

對(duì)可控變量m1求雅可比矩陣可得

其中，j1(ρ)表示對(duì)應(yīng)于可控變量m1的雅可比矩陣。由j1(ρ)可以得到其逆矩陣表示為

其中，表示矩陣j1(ρ)的廣義擬矩陣。

因此根據(jù)矩陣論可知，可控變量m1的零空間為

其中，表示可控變量m1所對(duì)應(yīng)的零空間，j1(ρ)表示對(duì)應(yīng)于可控變量m1的雅可比矩陣，表示矩陣j1(ρ)的廣義擬矩陣。

對(duì)可控變量m2求雅可比矩陣可得

其中，j2(ρ)表示對(duì)應(yīng)于可控變量m2的雅可比矩陣，i3表示3×3的單位矩陣。于是可以方便地得到矩陣j2(ρ)的逆矩陣

于是可控變量m2的零空間為

其中，03表示3×3的零矩陣，表示可控變量m2所對(duì)應(yīng)的零空間，j2(ρ)表示對(duì)應(yīng)于可控變量m2的雅可比矩陣，表示矩陣j2(ρ)的廣義擬矩陣。

s4、對(duì)上述基本任務(wù)的速度輸出進(jìn)行求解，并對(duì)整個(gè)自主交會(huì)任務(wù)的速度輸出進(jìn)行綜合；

根據(jù)零空間方法，可以得到碰撞規(guī)避任務(wù)的速度輸出為：

其中，λ1為任務(wù)增益，m1d表示碰撞規(guī)避任務(wù)的期望值，這里可以將其設(shè)置為m1d＝0。

同理，可以得到對(duì)接抓捕點(diǎn)任務(wù)的速度輸出為

其中，λ2為任務(wù)增益，m2d表示碰撞規(guī)避任務(wù)的期望值，這里可以將其設(shè)置為m1d＝ρd，v2d表示對(duì)接抓捕點(diǎn)跟蹤任務(wù)的期望速度，這里設(shè)置為v2d＝vd。

根據(jù)零空間方法，對(duì)上述兩個(gè)任務(wù)的輸出進(jìn)行綜合，可得整個(gè)任務(wù)的速度輸出

其中，v1為碰撞規(guī)避任務(wù)的速度輸出，v2為對(duì)接抓捕點(diǎn)任務(wù)的速度輸出，v表示任務(wù)綜合后的最終速度輸出

s5、基于零空間方法生成自主交會(huì)軌跡，并進(jìn)行仿真分析與驗(yàn)證。

由于零空間方法是一種速度級(jí)的方法，因此要想獲得最終的安全交會(huì)軌跡，需要進(jìn)行積分求解，即

在數(shù)值求解過程中必須對(duì)上述積分進(jìn)行離散化，于是可得

ρsafe(tk)＝ρsafe(tk-1)+v(tk)δt

其中tk表示第k個(gè)采樣時(shí)間，ρsafe(tk)表示tk時(shí)刻由零空間方法得到的安全位置矢量，δt表示采樣周期。

仿真實(shí)例，為了說明本方法的可行性及有效性，假設(shè)非合作目標(biāo)的慣量矩陣為

jt＝diag(10,15,10)kg/m²

其中，初始角速度為ωt＝[0.4,0.5,0.8]^trad/s，初始的姿態(tài)四元數(shù)為q(0)＝[1,0,0,0]^t，假定非合作目標(biāo)位于圓軌道上軌道半徑為r＝7178160(m)，軌道傾角i、經(jīng)地點(diǎn)幅角ω、以及緯度幅角都取為0rad。同時(shí)服務(wù)航天器相對(duì)于目標(biāo)的初始位置設(shè)置為ρ(0)＝[15；8；5](m)，交會(huì)過程中的安全距離d＝2(m)，對(duì)抓捕點(diǎn)在目標(biāo)本體坐標(biāo)系中的位置矢量為rd＝[0,0,-2]^t(m)，任務(wù)增益λ1和λ2都取為0.8。

基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)仿真結(jié)果如圖2-4所示。圖2表示在接近非合作目標(biāo)的過程中相對(duì)距離隨時(shí)間的變化曲線，圖3表示交會(huì)過程中位置跟蹤誤差隨時(shí)間的變化曲線，圖4表示交會(huì)過程中跟蹤速度隨時(shí)間的變化曲線。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)航天器在接近非合作目標(biāo)的過程中能夠很好的避免和非合作目標(biāo)發(fā)生碰撞，從而確保碰撞規(guī)避任務(wù)的完成。圖3表明服務(wù)航天器能夠有效地跟蹤非合作目標(biāo)抓捕點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而確保對(duì)接點(diǎn)跟蹤任務(wù)的順利完成。圖4表示服務(wù)航天器在跟蹤非合作目標(biāo)對(duì)接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中所需要的跟蹤速度，從圖中可以發(fā)現(xiàn)跟蹤速度連續(xù)有界，因此很容易實(shí)現(xiàn)。

由圖2-4可以發(fā)現(xiàn)，基于零空間方法的非合作目標(biāo)自主交會(huì)策略能夠保證碰撞規(guī)避和對(duì)接點(diǎn)跟蹤任務(wù)同時(shí)完成，并且避免兩種任務(wù)之間發(fā)生沖突，此外優(yōu)先級(jí)最高的碰撞規(guī)避任務(wù)最先得到保證，這樣可以提高服務(wù)航天器在接近過程中的安全性，同時(shí)又能在此前提下實(shí)現(xiàn)最終的安全交會(huì)。

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。