董凯凯,罗建军,马卫华,*,高登巍,谭龙玉,3

1. 西北工业大学 航天学院,西安 710072

2. 中国兵器工业第203研究所,西安 710065

3. 上海航天控制技术研究所,上海 201109

与空间目标的交会是对空间飞行器在轨服务的前提,也是当前空间技术领域的研究热点[1]。近年来,交会任务由针对空间合作目标发展到针对空间非合作目标。由于空间非合作目标在信息层面上不沟通、机动行为上不配合,对非合作目标的在轨操作仍是一个具有多种技术挑战的公开研究领域。其中最大的挑战是如何实现服务飞行器安全、可靠地与目标飞行器交会与接近。受非合作目标的信息不完备、不准确等因素影响,系统的标称状态与实际状态之间不可避免地存在偏差。因此,在轨迹规划与控制过程中需考虑服务飞行器燃料消耗和交会时间约束,以及交会过程中算法的鲁棒性。

在空间目标交会的轨迹规划与控制方面,最优或次优轨迹一般是在考虑实际工程约束(如控制能力、速度和交会走廊等约束)的同时,通过最小化指标函数得到的,其中指标函数一般表征燃料消耗和控制精度等[2]。在早期的研究中,罗亚中[3]和Tang等[4]考虑了开环模式下的导航和控制偏差,分别基于NSGA-II和物理规划等多目标优化算法,考虑燃料消耗、交会时间和轨迹鲁棒性等最优性指标对交会轨迹进行了设计。然而,文献[3-4]的轨迹规划采用的传统直接法容易陷入局部极小值。Boyarko等[5]考虑了避障和交会精度约束,采用庞德里亚金最小-最大原则建立最优化模型,进而规划燃料最少和时间最优的轨迹。……