[发明专利]一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法

说明书

本发明公开了一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法，提出了以目标运动估计为基础，近距离逼近的末端控制为核心的拦截思路，在远程导引阶段基于变轨燃料优化模型提出了两脉冲最优变轨方法，在近距离跟踪逼近阶段，考虑目标存在机动不确定性建立了相对运动模型，提出了目标运动估计方法，最后，为了达到精确拦截，提出在目标未机动前采取最优控制的优化轨道方法逼近目标，在目标机动后采取滑模控制的方式进行最后拦截。

技术领域：

本发明涉及一种卫星拦截技术，特别是涉及一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法。

背景技术：

尽管卫星拦截实验已经开展了几十年，但是会机动的目标无疑会带来新的挑战，在发生战事时，未来重要的太空目标不会坐以待毙，受到攻击时会采取机动措施进行躲避，因此，太空战也必将会越来越复杂。

因此本申请提出了包括远程导引阶段和近程逼近阶段两个部分的空间非合作机动目标的拦截技术。

远程引导包括卫星发射入轨到运行到离目标较近位置的整个过程，和合作目标或者非合作目标的交会对接中的远程导引相类似。远程导引部分涉及到变轨的控制及优化，包括目标轨道设计、变轨点选择、变轨时间和控制量计算、轨道时间或燃料优化等方面。文献[1](张立佳,空间非合作目标飞行器在轨交会控制研究,2008,哈尔滨工业大学)研究了C-W方程双脉冲交会控制方法，且采用了遗传算法进行了燃料最优研究；文献[2](王国梁,空间拦截轨道的优化设计与控制,2010,中国科学院研究生院)对多脉冲变轨拦截进行了非线性规划优化，而且对比了双脉冲、三脉冲、多脉冲等轨道优化结果。

近距离逼近阶段指追踪星可以通过自身传感器探测到目标星后，自主接近目标星的过程。这个过程中本申请考虑到目标存在机动能力，与普通的轨道拦截不同，需要估计目标的运动参数，因此采用更为鲁棒的控制器来进行轨道控制。而国内外对于这个方向的研究相对较少，卢山[3](卢山与徐世杰,非合作目标的自主接近控制律研究.中国空间科学技术,2008(5):第7-12页)等人利用李雅普诺夫最大最小方法针对非合作目标存在机动的情况设计了自主接近控制率，但没有结合目标运动估计考虑轨道优化问题；林健[4](林健,林晓辉与曹喜滨,基于自适应卡尔曼滤波的机动目标自主轨道确定.上海航天,2008(2):第14-18页)等人针对非合作目标机动的情况设计了自适应卡尔曼滤波器确定目标轨道，为轨道拦截提供了基础。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在远程导引阶段基于变轨燃料优化模型提出了两脉冲最优变轨方法，并在近距离跟踪逼近阶段，提出以目标运动估计为基础，近距离逼近的末端控制为核心的拦截思路，实现精确拦截的一种用于非合作机动目标拦截的轨道控制方法。

本发明的技术方案是：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；