[发明专利]一种低速接近航天器轨迹安全评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器接近轨迹安全评价方法，具体涉及一种低速接近航天器轨迹安全评价方法。

背景技术

在空间交会对接和编队飞行任务中，两个或多个航天器逐渐接近或长期保持近距离相对状态，很容易发生意外碰撞危险。因此，接近轨迹安全性一直是交会对接和编队飞行任务的重要指标要求，而轨迹安全性评价方法则是接近轨迹安全评价与设计的关键问题。

交会对接和编队飞行的接近轨迹是低速非直线轨迹，不满足空间碎片碰撞预警问题的高速直线相对轨迹假设，不能直接套用空间碎片碰撞预警方法。当前低速接近轨迹安全评价方法主要有三类：相对距离方法、椭球距离方法和碰撞概率方法。

相对距离方法，以航天器最近相对距离作为轨迹安全性的评价指标，距离越大，安全性越好。该方法物理意义直观，计算简便，但是没有考虑轨迹偏差对发生碰撞危险的影响，难以给出合理的最短相对距离安全阈值。

椭球距离方法，以两航天器位置偏差3σ椭球的最短距离为轨迹安全性评价指标，椭球不相交时为安全，椭球相交时危险。相比相对距离方法，该方法考虑了轨迹偏差的影响，对安全性的判断更为准确。但椭球相交时，该方法不能对航天器发生碰撞的危险性给出定量判断。

碰撞概率方法，以航天器发生碰撞的概率作为轨迹安全性评价指标。该方法弥补了椭球距离方法不能在3σ椭球相交时定量判断碰撞危险性的不足，但轨迹偏差较大时会发生“概率冲淡”，碰撞概率值非常小，难以确定合理的预警门限以判定轨迹安全或危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种安全评价指标克服了传统碰撞概率结合固定预警门限指标的“概率冲淡”问题，定量评价结果更加准确和有效，星上实时预报不妨碍已有的航天器飞行控制流程，且兼顾了较高的计算效率和结果的准确性的低速接近航天器轨迹安全评价方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低速接近航天器轨迹安全评价方法，步骤包括：

1)在目标航天器和追踪航天器近距离低速接近情况下，根据初始导航数据预报目标航天器和追踪航天器之间的相对状态及其偏差；

2)计算目标航天器和追踪航天器之间的瞬时碰撞概率P_c；

3)计算目标航天器和追踪航天器之间的瞬时动态预警门限P_cr；

4)根据瞬时碰撞概率P_c和瞬时动态预警门限P_cr计算消除概率冲淡的轨迹安全评价指标I(t)。

优选地，所述步骤1)中根据初始导航数据预报目标航天器和追踪航天器之间的相对状态及其偏差具体是指：采用式(1)所示线性化相对运动方程描述两航天器的相对运动状态，计算目标航天器和追踪航天器之间的轨迹偏差均值和轨迹偏差协方差；