[发明专利]一种微纳卫星在轨自主交会控制的方法及计算机设备

说明书

本申请公开了一种微纳卫星在轨自主交会控制的方法及计算机设备，该方法包括：分别根据相对动力学模型和绝对动力学模型计算得到相对导航数据和绝对导航数据，根据相对导航数据以及绝对导航数据计算相对平均轨道根数；根据相对导航数据、绝对导航数据以及相对平均轨道根数进行预设时间段内的轨道递推得到轨道递推数据，根据轨道递推数据判断是否达到预设交会条件；若达到，则计算追踪航天器在初始时刻和终点时刻的两次控制脉冲，根据轨控指令集以及两次控制脉冲对追踪航天器和目标航天器的相对轨道参数进行调整，以使得追踪航天器和目标航天器进行自主交会。本申请解决了现有技术中航天器变轨交会对接控制精度较低的技术问题。

技术领域

本申请涉及航天器轨道控制仿真技术领域，尤其涉及一种微纳卫星在轨自主交会控制的方法及计算机设备。

背景技术

航天器交会对接是20世纪60年代伴随着第一批航天技术的潮流而发展起来的一项空间战略技术，它作为空间民用和军事战略运用的核心构成技术，是载人航天从理论研究成功过渡到实际工程应用的重要标志。航天器交会对接技术不仅代表了一个国家航天技术的发展水平，同时也是一国航天技术实力的综合展现。随着当代社会航天科技水平的不断进步和发展，航天器交会对接技术已经成为国际航天领域的主流和前沿课题，全世界各个军事强国都已把发展航天器交会对接技术和建立永久性空间站作为重中之重的发展目标。

航天器交会对接是指两个航天器(追踪航天器和目标航天器)在给定的太空轨道上会合并，通过专门的对接装置在结构上连成一个整体。包含轨道控制、轨迹优化、末端制导等多项关键内容，是一项非常复杂的空间技术，并且对于可靠性和精度都有较高要求。目标航天器在交会对接过程中不做任何机动或做少量机动从而处于被动状态，因此称之为被动航天器；而追踪航天器在此过程中需要通过轨道机动逐渐接近目标航天器以完成对接，因而称之为主动航天器。

航天器交会对接通常包括交会和对接两个阶段。其中交会阶段又根据追踪航天器和目标航天器的距离远近分为远距离轨道机动段、近距离导引段以及相对位置保持(绕飞)段，因此属于轨道控制的范畴；对接阶段是指追踪航天器从进入相对位置保持(绕飞)模式开始，到两个航天器对接机构开始接触并使位置、速度和姿态满足对接条件为止，因此属于姿态控制的范畴。航天器自主交会对接在技术上属于多学科交叉课题，与数学、力学、控制、计算机、通信工程等学科紧密相关；同时，航天器自主交会对接的顺利完成对导航、制导控制精度、系统可靠性和状态约束都有很高的要求。

目前，传统航天器自主交会对接，通常采用轨道根数差表示相对运动关系，通过控制航天器轨道根数进行相对运动控制，主要考虑长期控制效果，但由于交会对接任务时间较短，因此需要结合航天器间的相对运动状态作为控制目标进行分析更加直观有效。现有的自主交会方法存在的问题是，基于脉冲推力作用的控制方法多采用开环控制方式，通过提前在地面预设进行轨道机动，轨道数据通常来源于绝对导航，容易受到轨道摄动影响，并且很少考虑机动过程中的设备代价。

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变轨交会对接控制精度较低，本申请提供了一种微纳卫星在轨自主交会控制的方法及计算机设备，本申请实施例所提供的方案中，根据所述相对动力学模型计算并输出相对导航数据以及根据所述绝对动力学模型计算得到绝对导航数据，根据相对导航数据以及绝对导航数据计算相对平均轨道根数；即本申请实施例所提供的方案中，分别采用绝对和相对动力学模型，提高实际受摄情况下的航天器变轨交会对接控制精度。

第一方面，本申请实施例提供一种微纳卫星在轨自主交会控制的方法，该方法包括：

构建自主交互的绝对动力学模型和相对动力学模型，根据所述相对动力学模型计算并输出相对导航数据以及根据所述绝对动力学模型计算得到绝对导航数据，根据所述相对导航数据以及所述绝对导航数据计算相对平均轨道根数，其中，相对平均轨道根数是指追踪航天器和目标航天器之间平均轨道根数之差；

根据相对导航数据、绝对导航数据以及相对平均轨道根数进行预设时间段内的轨道递推得到轨道递推数据，根据轨道递推数据判断是否达到预设交会条件；