[发明专利]一种航天器自动交会避障方法及系统

权利要求书

1.一种航天器自动交会避障方法，其特征在于，所述方法包括：

获取航天器的位置向量和期望位置向量；

根据所述位置向量和期望位置向量构建目标吸引势函数；

基于sigmoid函数构建障碍物躲避势函数；

根据所述目标吸引势函数和所述障碍物躲避势函数确定总体势函数；

根据所述总体势函数确定基于速度人工势函数的控制律；

根据所述控制律对所述目标吸引势函数进行状态相关黎卡提方程优化，得到基于状态相关黎卡提方程的次优速度人工势函数控制器；

采用所述次优速度人工势函数控制器控制所述航天器的飞行速度和姿态，使所述航天器达到期望位置并躲避障碍物。

2.根据权利要求1所述的航天器自动交会避障方法，其特征在于，所述根据所述位置向量和期望位置向量构建目标吸引势函数，具体包括：

根据所述位置向量和期望位置向量构建目标吸引势函数为其中φ_a为目标吸引势函数；r为航天器的位置向量；r_f为航天器的期望位置向量；P为半正定矩阵。

3.根据权利要求1所述的航天器自动交会避障方法，其特征在于，所述基于sigmoid函数构建障碍物躲避势函数，具体包括：

获取所述sigmoid函数的势场函数的一般形式其中γ为障碍物的影响范围，N为障碍物的表面数，S_i为障碍物第i个面的数学表达式；

获取所述航天器与所述障碍物质心的相对位置表达式S(r,r_o)＝1-(r-r_o)^TM_o(r-r_o)；其中S(r,r_o)为航天器和障碍物质心的相对位置；r为航天器的位置向量；r_o表示障碍物质心；M_o为障碍物的信息矩阵；

根据所述和所述相对位置表达式S(r,r_o)＝1-(r-r_o)^TM_o(r-r_o)构建所述障碍物躲避势函数其中φ_r为航天器相对于障碍物的障碍物躲避势函数；d为航天器和障碍物之间的最短欧拉距离；d_ct为航天器质心到期望位置的距离；d_ot为障碍物质心到期望位置的距离；d_s为最小的停止距离。

4.根据权利要求1所述的航天器自动交会避障方法，其特征在于，所述根据所述目标吸引势函数和所述障碍物躲避势函数确定总体势函数，具体包括：

根据所述目标吸引势函数和所述障碍物躲避势函数确定所述总体势函数其中φ为总体势函数；k_a为引力势能系数；k_r为斥力势能系数，φ_a为目标吸引势函数；为第i个障碍物引起的障碍物躲避势函数，m为航天器周围的障碍物个数。

5.根据权利要求1所述的航天器自动交会避障方法，其特征在于，所述根据所述总体势函数确定基于速度人工势函数的控制律，具体包括：

根据所述总体势函数确定李雅普诺夫函数为其中V为李雅普诺夫函数；为总体势函数φ关于航天器位置向量r的梯度；为航天器的速度；

对所述李雅普诺夫函数求一阶导数，得到其中为李雅普诺夫函数的一阶导数；H(φ)为总体势函数φ的海森矩阵；为航天器的加速度；

确保所述为负，得到所述基于速度人工势函数的控制律为

其中u_VAPF为基于速度人工势函数的控制律；K为正定矩阵；为航天器系统输出方程的输出值。