航天器近距离接近采样运动规划方法研究

发布时间：2020-04-23 07:59

【摘要】：航天器近距离接近操作的复杂性以及动态性,对自主规划方法的快速性、精准性以及实时性提出了更高的要求。本文利用采样运动规划方法,分别从基于脉冲推力与连续推力两个方面对航天器近距离接近位姿运动规划问题进行了研究,该方法对于处理复杂约束问题以及解决高维状态的运动规划问题具有较强的适应性。首先给出描述航天器近距离运动所需的坐标系,建立航天器相对轨道运动模型以及姿态转动模型,基于两点边值问题推导相对运动状态转移显式方程。此外,对采样运动规划的基本概念、采样方法、搜索方法以及相关改进方法进行介绍和初步仿真验证。针对脉冲推力模式的运动规划,将问题分解为平动运动规划以及姿态转动规划。对系统运动学、控制能力、障碍规避以及姿态指向等约束进行处理,分别利用相对运动状态转移显式方程与常值推力运动方程建立平动与转动局部规划器。考虑时间因素,首先采用改进的快速行进树(R-FMT*)算法进行初步轨迹运动规划,之后利用脉冲矢量叠加以及线性同伦进行轨迹优化,最终使用改进的双向平衡搜索的快速搜索稠密树(RB-RDT*)算法进行姿态转动规划,最终得到整段运动规划解。针对连续推力模式的运动规划,给出该规划方法中所需处理的约束条件,且将平动与姿态转动规划嵌入到同一个局部规划器中。首先利用考虑时间因素的改进双向平衡搜索的RB-RDT*算法进行整段运动规划,其搜索树生长平衡了位置、姿态、速度以及角速度等因素,基于整段规划的结果进行分段运动规划,对运动规划解进一步优化。对两种推力模式分别进行了相关仿真实验,验证了本文提出的运动规划算法在复杂空间环境下的精准运动规划能力。
【图文】：

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本文编号：2637524