非合作自主交会对接的动态障碍物躲避制导

中国空间科学技术 ›› 2010, Vol. 30 ›› Issue (6): 39-48.

非合作自主交会对接的动态障碍物躲避制导

宋申民, 张大伟, 裴润

（哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001）

收稿日期:2010-03-22 修回日期:2010-06-03 出版日期:2010-12-25 发布日期:2010-12-25
通讯作者:  张大伟现为哈尔滨工业大学控制科学与工程系在读博士研究生。 E-mail:davidthink@163.com
作者简介:宋申民 1968年生，1996年获得哈尔滨工业大学控制科学与工程专业博士学位，教授、博士生导师。研究方向为卫星编队控制，智能优化与控制。 张大伟 1980年生，现为哈尔滨工业大学控制科学与工程系在读博士研究生。研究方向为航天器制导与控制。

Guidance for Dynamic Obstacle Avoidance of Autonomous Rendezvous and Docking with Non-Cooperative Target

SONG Shen-Min, ZHANG Da-Wei, PEI Run

(School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001)

Received:2010-03-22 Revised:2010-06-03 Published:2010-12-25 Online:2010-12-25

摘要/Abstract

摘要： 首先，在视线坐标系下建立了系统相对运动状态方程，将人工势函数制导方法应用于航天器的非合作自主交会对接任务和动态障碍物躲避问题。其次，利用Lyapunov稳定性理论分析证明了在该制导方法控制下系统的稳定性，并且研究讨论了两种不同情形下的动态障碍物躲避效果，分析了人工势函数制导方法的应用能力。最后，用精确的数学模型进行了数值仿真，验证了制导方法应用于所研究问题的正确性和有效性。

关键词: 自主交会对接, 人工势函数制导, 非合作目标, 动态障碍物躲避, 航天器

Abstract: Firstly, the relative motion state equations were described in line of sight coordinate frame. And the artificial potential function guidance was used for autonomous rendezvous and docking with a non-cooperative target spacecraft and dynamic obstacle avoidance missions. Then, mission of autonomous rendezvous and docking with the non-cooperative target was accomplished and dynamic obstacle avoidance was studied by potential function guidance. Secondly, the stability of the method was analyzed and proved by Lyapunov theory, and the effects of two different dynamic obstacle avoidances were studied and discussed. Meanwhile, the capability of potential function guidance was analyzed. Finally, the numerical simulation results based on a precise mathematic model demonstrate the validity and effectiveness of the proposed guidance method.

Key words: Autonomous rendezvous and docking, Artificial potential function guidance, Non-cooperative target, Dynamic obstacle avoidance, Spacecraft

宋申民, 张大伟, 裴润. 非合作自主交会对接的动态障碍物躲避制导[J]. 中国空间科学技术, 2010, 30(6): 39-48.

SONG Shen-Min, ZHANG Da-Wei, PEI Run. Guidance for Dynamic Obstacle Avoidance of Autonomous Rendezvous and Docking with Non-Cooperative Target[J]. Chinese Space Science and Technology, 2010, 30(6): 39-48.

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参考文献

［1］DOUGLAS ZIMPFER, PETER KACHMAR, SEAMUS TUOHY. Autonomous rendezvous, capture and in-space assembly: past, present and future[C] //1st Space Exploration Conference: Continuing the Voyage of Discovery, 2005, 1:234-245. ［2］GUILLERMO ORTEGA. Fuzzy logic techniques for rendezvous and docking of two geostationary satellites[J]. Telematics and Informatics, 1995, 12(3/4):213-227. ［3］CHARLES L KARR, L MICHAEL FREEMAN. Genetic algorithm based fuzzy control of spacecraft autonomous rendezvous[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 1997, 10(3):293-300. ［4］SILVA NUNO, GANET MARTINE, EMMANUEL GOGIBUS, et al. Autonomous rendezvous: guidance and control in elliptical orbit[C] //AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, 2007, 1:659-673. ［5］MIELE A, WEEKS M W, CIARCIA M. Optimal trajectories for spacecraft rendezvous[J]. Journal of Optimization Theory and Applications, 2007,132:353-376. ［6］MIELE A, CIARCIA M, WEEKS M W. Guidance trajectories for spacecraft rendezvous[J]. Journal of Optimization Theory and Applications, 2007,132:377-400. ［7］ISMAEL LOPEZ, COLIN R MCINNES. Autonomous rendezvous using artificial potential function guidance[J]. Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1995,18(2):237-241. ［8］COLIN R. MCINNES. Autonomous path planning for onorbit servicing vehicles[J]. Journal of the British Interplanetary Society, 2000,53:26-38. ［9］ENDER ST JOHNOLCAYTO, COLIN R. MCINNES, FINN ANKERSEN. Safety-critical autonomous spacecraft proximity operations via potential function guidance\[C\] //2007 AIAA InfoTech at Aerospace Conference, 2007,2:1893-1902. ［10］ENDER ST JOHN-OLCAYTO, KLUZA J. Low-complexity spacecraft guidance using artificial potential functions[C] //Proceedings of the 3rd International Conference on Recent Advances in Space Technologies, 2007:591-594. ［11］WANG JIA, WU XIAOBEI, XU ZHILIANG. Potential-based obstacle avoidance in formation control[J]. Journal of Control Theory and Applications, 2008,6(3):311-316. ［12］CHEN TONG, XU SHIJIE. A fuzzy controller for terminal approach of autonomous rendezvous and docking with non-cooperative target\[J\]. Journal of Astronautics, 2006,27(3):416-421.

[1]	孟恒辉, 徐亚威, 韩东阳, 刘鑫, 耿利寅, 张庆君, 刘立平, 张红星, 王玉莹. 基于钎焊工艺的环路热管耦合系统设计及验证[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(5): 57-65.
[2]	郑鑫宇, 张轶, 周杰, 唐佩佳, 彭升人, 党朝辉. 回合制轨道博弈中MCTS算法的改进与应用[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(5): 75-82.
[3]	李瑞峰, 孙冲, 王政, 方群, 张翔. 基于可达域分析的空间非合作围捕构型设计[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(5): 83-94.
[4]	孙斌, 黄才, 龙吟, 丁凯, 刁伟鹤, 张慧雯. 返回式航天器动态等离子体低频电磁波信道特性研究[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(5): 155-165.
[5]	陶新勇, 康国华, 武俊峰, 胡苗苗, 杨正昊, 周绍辉. 用于微纳卫星的灵巧对接机构设计[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(4): 119-129.
[6]	黄元, 魏春岭, 严晗, 郝仁剑. 基于PLS-SEM的航天器控制系统能力建模方法[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(2): 98-108.
[7]	牛子天, 付振东, 苗建印, 杨琦, 吴琪, 杨乐. 跨临界CO₂热泵空间应用研究展望[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(1): 23-33.
[8]	彭祺擘, 武新峰, 王北超, 李爽. 航天器构型重构技术研究进展与展望[J]. 中国空间科学技术, 2023, 43(2): 16-31.
[9]	魏建宇, 康国华, 武俊峰, 赵腾, 邱钰桓, 许传晓. 可见光/激光组合的相对位姿测量研究[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(6): 71-78.
[10]	康会峰, 梅天宇, 夏广庆, 王晓阳, 范益朋, 鹿畅. 航天器寿命末期离轨技术研究综述[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(5): 11-23.
[11]	李修峰, 白光明, 高令飞, 韩绍欢, 周江 . 航天器设备动力学分析模型简化方法与应用[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(4): 27-35.
[12]	邢艳军, 王浩, 叶东, 张加迅. 基于单目视觉的非合作目标相对位姿测量[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(4): 36-44.
[13]	张元勋, 徐莉萍, 陈国辉, 谢更新, 杨小俊. 航天器大尺度部件折叠展开原理分析及应用[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(4): 129-145.
[14]	王珏, 王敏, 郭婷婷, 仲小清, 温正, 魏鑫. 利用并联氙气瓶温差补偿航天器质心偏移的可行性研究[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(2): 39-45.
[15]	袁泉, 林瀚峥, 张军, 魏春岭. 极低频超大型航天器姿态机动与物理试验验证[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42(1): 57-64.