基于改进人工势函数的航天器近距离安全控制方法

摘要

针对航天器近距离操作的安全问题,提出了一种基于人工势函数改进的碰撞规避控制算法.根据航天器与目标、障碍物之间的实时状态,利用人工势函数算法,计算航天器的实时加速度,规划航天器的轨迹.为改进人工势函数方法的适用性,提出三个方面的改进措施:首先,在人工势函数算法中,为提高碰撞预警的准确性,减少额外机动,碰撞预警采用碰撞概率代替相对距离.其次,为了提高对接安全,降低接近目标航天器的相对速度,利用相对速度的安全接近走廊来计算目标排斥力.最后,针对大多航天器不能提供任意连续变化推力的情况,设置两种实用的推力形式,如bang-bang控制的推力形式和恒定变化率的推力形式,代替连续变推力形式.通过对不同算例的比较,成功地揭示了主要任务参数(如碰撞预警方法、速度安全边界和实际加速度形式)对近距离操作安全的影响.结果表明,该方法可以提高航天器近距离操作的安全性、效率性,并且结构简单,实时性强.