[发明专利]一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法

权利要求书

1.一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法，利用远程导引部分的变轨过程，使追踪星达到目标区域，追踪星在目标区域探测到目标星，并进入相对运动自主控制阶段，然后追踪星对目标星的机动运动参数进行估计，最后根据对目标星运动参数的估计实现追踪星近距离跟踪逼近控制，最终实现追踪星对目标星的拦截操作，其具体方法为：

A、通过以燃料优化为目标，建立两脉冲变轨控制模型，通过由变轨控制模型形成的远程导引部分对追踪星进行轨道转移，使追踪星在特定时间到达离目标星100km以内的轨道上，进入追踪星可以探测到目标星的范围内，之后由追踪星进行自主控制；

B、以追踪星为原点，追踪星轨道半径方向为x轴，速度方向为y轴，由右手守则决定z轴，在追踪星的轨道坐标系上建立线性相对运动模型；

C、在目标星机动时，根据卡尔曼滤波原理建立运动参数估计模型，并通过将外在摄动力和控制力作为一个整体，摄动因素认为是一种特殊的机动控制力，对运动参数估计模型进行简化，实现对目标星进行运动估计，其中，运动估计包括：a、当目标星没有机动，处于自由飞行状态，则直接根据相对运动模型推导两星的相对运动；

b、当目标星存在机动加速度，利用最终状态更新值和相对运动模型推导值之差可知在不考虑机动性模型偏差的情况下目标星实际运动的运动参数，并用以下公式获得目标星运动的三轴加速度值；

D、根据对目标星运动参数的获取实现追踪星近距离跟踪逼近控制，最终完成拦截，其中近距离跟踪逼近控制包括：a、在目标星未机动前采取最优控制的优化轨道逼近目标，根据追踪星与目标星的相对运动模型可以得到一条时间-燃料综合优化的拦截飞行轨道；

b、在目标星机动后脱离追踪星的拦截飞行轨道，则追踪星根据目标星机动参数估计的误差、相对运动模型的参数变化，采用具有完全鲁棒性的滑模控制的方式进行精确逼近。

2.根据权利要求1所述的一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法，其特征是：所述追踪星自主控制的作用力为脉冲式,给定目标轨道后，根据燃料优化条件，变轨控制模型表述如下：

min f(x) (2)

g_j(x)≤0(j＝1,2,...,m)

h_k(x)＝0(k＝1,2,...,l)

变轨方式采用两脉冲变轨，即在t₁时刻给卫星以速度增量△v₁，第一次变轨后的轨道应满足在t₂时刻与目标位置交汇，然后在t₂时刻给卫星以速度增量△v₂，使得卫星在目标轨道上运行；综合考虑燃料最优和目标位误差因素，建立变轨优化目标为：

其中Err为速度位置误差，c为权重参数，优化对象为燃料，同时尽可能使得Err最小；假设初始时刻追踪星轨道根数为Tcoe₀，目标星轨道根数为Ccoe₀，函数g可以利用初始轨道根数求得任意t时刻卫星的位置和速度矢量rv，函数h可以利用初始时刻卫星的位置和速度矢量rv求得任意t时刻卫星的轨道根数；函数g和h可以利用以下公式推导获得：

其中M为平近点角，E为偏近点角，f为真近点角，a是轨道半长轴；

利用上述结论及初始假设可以推导出变轨模型约束；

追踪星第一次变轨前位置速度矢量为：

rv₁＝g(Tcoe₀,t₁) (5)

追踪星施加第一次脉冲后的速度为：

v₂＝v₁+△v₁ (6)

其中v₁为rv₁中速度分量；

追踪星施加第一次脉冲后轨道根数为：

Tcoe₁＝h(rv₂,0) (7)

其中rv₂为变速后瞬间位置速度矢量；

追踪星第二次变轨前位置速度矢量为：

rv₃＝g(Ccoe₁,t₂-t₁) (8)

追踪星施加第二次脉冲后的速度为：

v_t＝v₃+△v₂ (9)

其中v₃为rv₃中速度分量；

目标星在t₂时刻的位置速度矢量为：

rv_t＝g(Ccoe₀,t₂) (10)

从而速度位置误差为

Err＝rv_t-rv_c (11)

上述方程建立了追踪星变轨机动中的模型约束，因不需要考虑碰撞的安全因素，即给定一个初始预测值，就可以利用非线性规划方法求出一个最优值，这个最优值包括两次变轨时间和每次变轨的速度增量。