›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (1): 19-25.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0006

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基于行为的非合作目标多航天器编队轨迹规划

 王涛1,2, 许永生2, 张迎春1,2,*, 谢成清2   

  1. 1哈尔滨工业大学,哈尔滨150001
    2深圳航天东方红海特卫星有限公司,深圳518057
  • 收稿日期:2016-10-25 修回日期:2017-01-10 出版日期:2017-02-25 发布日期:2017-01-24
  • 作者简介:王涛(1986-),男,博士研究生,terry1860@126.com,研究方向为航天器动力学与控制 *通讯作者:张迎春(1961-),男,教授,zhang@hit.edu.cn,研究方向为卫星总体设计技术
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(61473297);深圳市知识创新计划基础研究项目(JCYJ20140903102802052)

Trajectoryplanningfornon-cooperativetargetmultispacecraftformationbasedonbehaviorstrategy

 WANG  Tao1,2,XU  Yong-Sheng2,ZHANG  Ying-Chun1,2,*, XIE  Cheng-Qing2   

  1. 1HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China
    2AerospaceDongfanghongDevelopmentLtd,Shenzhen518057,China
  • Received:2016-10-25 Revised:2017-01-10 Online:2017-02-25 Published:2017-01-24

摘要: 目前航天器编队轨迹规划的研究并未综合考虑目标非合作性、构型复杂性及控制协同性等问题,针对非合作目标多航天器编队系统,提出了一种基于行为的相对运动轨迹规划方法。首先,基于聚集行为模型设计了期望运动场,将期望速度视为一系列具有不同行为特性的速度矢量和,通过构造平衡态构型公式计算行为调节参数。其次,采用高斯型环境函数描述了非合作目标特性,并通过C-W方程对期望运动场进行了改进,使得该方法在多航天器编队系统与非合作目标形成期望构型的过程中,既能避免编队成员之间发生碰撞,又能保证与非合作目标之间的安全距离。仿真结果表明,该算法可以使多航天器编队系统在3000s内运动至期望构型。该方法在复杂的、多个控制目标的编队飞行轨迹规划中优势明显,具有自主性、协同性、鲁棒性强等特点,同时可应用于不同类型的编队构型相对运动规划。

关键词: 行为策略, 非合作目标, 多航天器编队, 碰撞规避, 轨迹规划

Abstract: Thecurrentspacecraftformationtrajectoryplanningsdon′tconsidernoncooperativetarget,configurationcomplexityandcollaborativecontrolproblem.Arelativemotiontrajectoryplanningmethodbasedonbehaviorstrategywasproposedfornoncooperativetargetmultispacecraftformationsystem.Firstly,anunderlyingkinematicalfieldwasdesignedbasedonthegathermodel.Expectspeedwasdefinedasaseriesofspeedvectorwithdifferentbehaviorfeatures.Thebehavioradjustparameterswerecalculatedbyconstructingequilibriumshapingformula.Secondly,thenon-cooperativetargetwasdescribedwithGaussenvironmentfunction.TheexpectkinematicalfieldwasimprovedbyusingtheC-Wfunction.Themethod   notonlyavoidsthecollisionbetweentheformationmembers,butalsoguaranteesthesafedistancebetweenthenon-cooperativetargets.Thesimulationresultsshowthatthealgorithmcanmakethemulti-spacecraftformationsystemmovingtotheexpectconfigurationin3000seconds.Themethodhasobviousadvantageswhenusedincomplex,multiplecontroltargetoftheformationsystemtrajectoryplanning.Itisautonomy,collaborative,strongrobustness,andetc.Atthesametimethemethodcanbeappliedtodifferenttypesofformationconfigurationrelativemotionplanning.

Key words: behaviorstrategy, noncooperativetarget, multispacecraftformation, collisionavoidance, trajectoryplanning