徐 瑞，耿子阳，朱圣英，李朝玉，梁子璇

(1. 北京理工大学宇航学院，北京 100081；2. 深空自主导航与控制工信部重点实验室，北京 100081)

0 引 言

当航天器在轨运行时，经常需要执行大角度姿态机动，而在姿态机动过程中，航天器面临各种复杂的约束。这些约束可以分为两类：第一类约束来自外部的指向约束，即航天器携带的敏感仪器应禁止指向太阳、月亮等明亮天体。典型的例子是红外天文卫星IRAS，其机载红外望远镜需要远离热源。为了防止直射的阳光影响观察，在姿态机动过程中，红外望远镜指向与太阳方向之间的角度必须不小于特定值。第二类约束来自航天器内部，由于航天器提供的控制力矩幅度以及角速度传感器的量程范围有限，控制力矩和角速度大小等受到约束[1]。针对第二类约束可以通过设计合理的控制器来处理，而对第一类约束问题的研究则较晚，本文提出的多约束姿态机动路径球面几何规划方法主要用于解决第一类约束问题。

用于解决复杂约束下的航天器姿态机动问题(Spacecraft reorientation in presence of constraints,SRPC)的相关算法已经在国际深空探测任务中进行了多次技术验证，代表性的任务有：卡西尼号土星探测任务、费米伽玛射线空间望远镜(简称FIRST/Planck)任务和太阳异常磁层粒子探测器任务。SPRC问题在二十世纪九十年代得到了广泛的研究，Kim等[2]考虑使用凸优化框架处理约束，通过引入参数化的方式提供了可嵌入航天器自主姿态重定向规划算法的SRPC求解器。McInnes[3]提出了一种人工势能函数法用于引导航天器姿态，通过在不期望指向上叠加较高的势能来避免红外望远镜指向太阳和其他明亮区域。……