[发明专利]一种航天器姿态机动路径的规划方法及装置

说明书

本申请公开了一种航天器姿态机动路径的规划方法及装置，该方法包括：根据预设的编码方法确定出待规划的航天器姿轨态机动路径中至少一个中间节点，以及确定待规划的航天器姿轨态机动路径对应的个体向量，并根据个体向量确定出航天器姿态状态集；根据预设的评价函数判断航天器姿态状态集合是否满足预设条件；若不满足，则重新确定出新的个体向量，并根据新的个体向量确定出新的航天器姿态状态集合，直到新的航天器姿态状态集合满足预设条件为止，根据最后一次所确定出的航天器姿态状态集合得到航天器姿轨态机动路径。本申请解决了现有技术中航天器路径规划的鲁棒性较差的技术问题。

技术领域

本申请涉及航天器姿态路径规划技术领域，尤其涉及一种航天器姿态机动路径的规划方法及装置。

背景技术

航天器在轨运行或执行科学任务期间，需要控制航天器进行大量姿态机动，从当前姿态指向另一预定的目标姿态。在姿态机动过程中，航天器必须满足一系列的姿态指向约束，例如，某些光学敏感器(如：红外敏感元件或弱光敏感元件等)不能指向强光天体；对目标进行观测时，照相机或者其他遥感器要指向观测目标；航天器上的能源装置-太阳电池翼要指向太阳；穿越行星环或小行星带时，未经加固的表面不能指向容易受到撞击的方向等。在哈勃空间望远镜等航天器上都存在着这些姿态指向约束，这极大地限制了航天器在姿态机动过程中的可行区域。因此，航天器姿态机动路径规划对航天器在轨运行或执行科学任务有着重要的影响。

目前，对于指向约束下的航天器姿态机动路径规划方法主要包括随机运动规划算法、势能函数算法、以及非线性规划法等，但是现有的针对指向约束下所规划出的航天器姿态机动路径，满足约束能力各不相同，未考虑到机动路径距离、时间和能量等优化指标，由于航天器自身资源有限，使得航天器路径规划的鲁棒性较差。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中航天器姿态机动路径规划的鲁棒性较差的问题，提供了一种航天器姿态机动路径的规划方法及装置，本申请实施例所提供的方案中，即基于姿态信息和时间信息的编码方法以及评价函数对航天器姿态机动路径规划，提高了航天器姿态机动路径规划效率，进而提高了对航天器姿态机动路径规划的鲁棒性。

第一方面，本申请实施例提供一种航天器姿态机动路径的规划方法，该方法包括：

根据预设的编码方法确定出待规划的航天器姿轨态机动路径中除起始节点和目标节点之外的至少一个中间节点，以及确定所述待规划的航天器姿轨态机动路径对应的个体向量，并根据所述个体向量确定出航天器姿态状态集，其中，所述个体向量包括所述待规划的航天器姿轨态机动路径上每个节点的姿态信息和时间信息；

根据预设的评价函数判断所述航天器姿态状态集合是否满足预设条件；

若不满足，则重新确定出新的个体向量，并根据所述新的个体向量确定出新的航天器姿态状态集合，直到所述新的航天器姿态状态集合满足所述预设条件为止，根据最后一次所确定出的航天器姿态状态集合得到航天器姿轨态机动路径。

可选地，所述个体向量通过下式表示：

其中，Δt_k-1k表示第k-1个节点向第k个节点变化的时间，k∈(1，2，…，n)，n表示所述中间节点的总个数，n为不小于1的正整数；ω_k表示第k个节点的姿态角速度；Δt_k表示第k个节点姿态角速度保持不变的时间；Δt_nf表示第n个节点向目标节点变化的时间。

可选地，根据所述个体向量确定出航天器姿态状态集合，包括：

根据所述每个节点所对应的时间信息确定所述待规划的航天器姿轨态机动路径对应的总机动时间，根据所述姿态信息和所述总机动时间确定所述每个节点对应的控制力矩和状态四元素；

根据所述每个节点对应的控制力矩、所述状态四元素以及所述姿态信息确定出所述航天器姿态状态集合。