CN113741529A - 航天器与交会部的远程制导方法及远程制导装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航天器交会制导技术领域，尤其为一种航天器与交会部的远程制导方法及远程制导装置，包括：获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
Description
技术领域
本发明涉及航天器交会制导技术领域，具体为一种航天器与交会部的远程制导方法及远程制导装置。
背景技术
在航天领域中，航天器和交会部在空间中进行自主对接前需要进行远程制导，在现有技术中，航天器和交会部在超过一定高度时，会出现运动状态信息无法实时获取的情况，导致航天器和交会部的远程制导准确率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天器与交会部的远程制导方法及远程制导装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种航天器与交会部的远程制导方法，包括：获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
根据本公开的一方面，提供了一种航天器与交会部的远程制导装置，包括：获取模块，用于获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；定位模块，用于地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；确定模块，用于若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；触发模块，用于若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
根据本公开的一方面，提供了一种计算机可读程序介质，其存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被计算机执行时，使计算机执行根据上述的方法。
根据本公开的一方面，提供了一种电子装置，包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现上述的方法。
由上述技术方案可知，本发明实施例至少具有如下优点和积极效果：
在本发明的一些实施例所提供的技术方案中，获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导，其中，航天器通过定位自身位置和获取交会部的位置以确定航天器和交会部之间的相对位置，并基于静态规划调整航天器和交会部之间的相对位置，以便于保证所述航天器在不需要实时获取所述交会部运动状态信息的情况下进入至与所述交会部的自主制导范围，保证所述航天器与所述交会部的制导准确率。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种航天器与交会部的远程制导方法的示意流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种航天器与交会部的远程制导方法中最优脉冲Δv的求解方式的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种航天器与交会部的远程制导方法的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种航天器与交会部的远程制导装置框图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子装置的硬件图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种航天器与交会部的远程制导方法的计算机可读存储介质。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在航天领域中，航天器和交会部在空间中进行自主对接前需要进行远程制导，在现有技术中，航天器和交会部在超过一定高度时，会出现信息无法实时获取的情况，导致航天器和交会部的远程制导准确率较低。
根据本公开的一个实施例，提供了一种航天器与交会部的远程制导方法，如图1至图3所示，该航天器与交会部的远程制导方法,包括：
步骤S110、获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；
步骤S120、地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；
步骤S130、若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；
步骤S140、若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
在本发明的一些实施例所提供的技术方案中，获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导，其中，航天器通过定位自身位置和获取交会部的位置以确定航天器和交会部之间的相对位置，并基于静态规划调整航天器和交会部之间的相对位置，以便于保证所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围，保证所述航天器与所述交会部的制导准确率。
下面对这些步骤进行详细描述。
如图1至图3所示，在步骤S110中，获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行。
具体步骤包括：获取所述航天器在各个方向的位姿；基于各个方向的所述位姿确定所述航天器在飞行过程中的运动状态；在预设时间内监控交会部的运动状态；若监控信息没有发生更新，则所述航天器沿预设轨道航行；若监控信息发生更新，则触发所述模型的静态规划，并进行循环求解开环最优控制。
其中，通过在预设时间内监控交会部的运动状态，并基于监控信息的更新与否触发所述模型的静态规划，以便于所述航天器及时应对与交会部的变化，并且基于所述模型的静态规划调整所述航天器和交会部的制导，基于模型的静态规划实时调整述航天器与所述交会部的制导误差，保证所述航天器与所述交会部的制导准确率。
其中，所述循环求解开环最优控制包括：根据交会部当前状态求解最优脉冲Δv以及最优转移时间tf。若交会部信息准确，则航天器在该脉冲Δv下能够在转移时间tf后与交会部交会。具体的，将航天器与交会部相距最近时的飞行时间
作为参考时间，在其前后10％的时间段内给出一系列离散点ti，每个时间点均对应一个变轨机动后的速度vp1,i。以初始速度vp0为原点作圆，该圆与vp1,i轨迹相切时的半径即为最小速度增量Δv。给定一个转移时间ti，交会部沿当前轨道飞行ti后，可得到预计交会位置rf,i。由于航天器的初始位置rp0已知，通过求解兰伯特算法可快速得到vp1,i，从而得到最优脉冲Δv以及转移时间tf。
如图1至图3所示，在步骤S120中，地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；
具体的步骤包括：地面站通过测控系统确定所述交会部的位置与速度；将所述交会部的位置与速度非实时输送至所述航天器；所述航天器基于自身位置与速度和所述交会部的位置与速度建立制导动态模型，并在所述制导动态模型标示所述航天器和所述交会部之间的相对位置，且记录所述航天器和所述交会部之间的相对移动；所述航天器确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离。
其中，所述航天器基于自身位置和所述交会部的位置建立制导动态模型，并且通过制导动态模型进行所述航天器和所述交会部之间的调整，实现所述航天器朝向所述交会部逐步靠近。
如图1至图3所示，在步骤S130中，若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围。
具体的步骤包括：若所述相对距离超过预设距离阈值时，所述航天器朝向所述交会部靠近；基于所述航天器与交会部的运动状态进行模型的静态规划，并调整所述航天器和所述交会部之间的相对位置；基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围。
还包括：基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划；基于所述模型的静态规划计算出最优脉冲Δv以及转移时间tf；若所述最优脉冲Δv未超过预设脉冲阈值，所述航天器不发生机动，继续沿当前轨道飞行；若所述航天器与所述交会部之间的测量距离尚未更新，航天器也不发生机动；辅助所述航天器与所述交会部远程制导，并远程记录述航天器与所述交会部远程制导过程。
在实际的应用中，具体的技术方案如下：基于模型预测静态规划的中制导方法模型预测静态规划方法通过循环求解开环最优控制(OLOC)问题，以解决实际状态与预设状态之间不匹配的问题。根据模型预测静态规划的思想，在每次交会部信息更新时，根据交会部当前状态求解最优脉冲Δv以及最优转移时间tf。若交会部信息准确，则航天器在该脉冲Δv下能够在转移时间tf后与交会部交会。
为求解最优脉冲Δv，可将航天器与交会部相距最近时的飞行时间
作为参考时间，在其前后10％的时间段内给出一系列离散点ti，每个时间点均对应一个变轨机动后的速度vp1,i。以初始速度vp0为原点作圆，该圆与vp1,i轨迹相切时的半径即为最小速度增量Δv。给定一个转移时间ti，交会部沿当前轨道飞行ti后，可得到预计交会位置rf,i。由于航天器的初始位置rp0已知，通过求解兰伯特问题可快速得到vp1,i。
(2)基于非实时态势感知信息的中制导策略
当交会部的态势感知信息(运动状态)更新后，航天器可通过传感器探测到自身的运动状态，随即利用基于模型预测静态规划的中制导方法计算出最优脉冲Δv以及转移时间tf。若上述最优脉冲大于阈值，则执行脉冲机动。判断交会部是否进入航天器自主制导范围。如果进入，则任务结束；若未进入则检测交会部态势感知信息是否更新，如果更新，重新使用上述最优脉冲机动算法进行计算。若最优脉冲未超过给定阈值，航天器不发生机动，继续沿当前轨道飞行。若交会部测量尚未更新，航天器也不发生机动。通过上述中制导策略与方法，可使航天器满足中末制导交班要求。此项技术有助于推进航天器交会能力的提升，具有一定的社会与经济价值。
如图4所示，在一个实施例中，所述航天器与交会部的远程制导装置200还包括：
获取模块210，用于获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；
定位模块220，用于地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；
确定模块230，用于若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；
触发模块240，用于若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
下面参照图5来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备40。图5显示的电子设备40仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备40以通用计算设备的形式表现。电子设备40的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元41、上述至少一个存储单元42、连接不同系统组件(包括存储单元42和处理单元41)的总线43。
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元41执行，使得所述处理单元41执行本说明书上述“实施例方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
存储单元42可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)421和/或高速缓存存储单元422，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)423。
存储单元42还可以包括具有一组(至少一个)程序模块425的程序/实用工具424，这样的程序模块425包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线43可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备40也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备40交互的设备通信，和/或与使得该电子设备40能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口45进行。并且，电子设备40还可以通过网络适配器46与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图5所示，网络适配器46通过总线43与电子设备40的其它模块通信。应当明白，尽管图5中未示出，可以结合电子设备40使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合迫切的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
根据本公开一个实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
参考图6所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品50，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限。
Claims (10)
1.一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，包括：
获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；
地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；
若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；
若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
2.根据权利要求1所述的一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，所述获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行，包括：
获取所述航天器在各个方向的位姿；
基于各个方向的所述位姿确定所述航天器在飞行过程中的运动状态。
3.根据权利要求2所述的一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，还包括：
根据交会部当前状态求解最优脉冲Δv以及最优转移时间tf；若交会部信息准确，则航天器在该脉冲Δv下能够在转移时间tf后与交会部交会。
4.根据权利要求3所述的一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，所述求解最优脉冲，包括：
将航天器与交会部相距最近时的飞行时间
作为参考时间，在其前后10％的时间段内给出一系列离散点ti，每个时间点均对应一个变轨机动后的速度vp1,i；以初始速度vp0为原点作圆，所述圆与vp1,i轨迹相切时的半径即为最小速度增量Δv；给定一个转移时间ti，交会部沿当前轨道飞行ti后，可得到预计交会位置rf,i；由于航天器的初始位置rp0已知，通过求解兰伯特算法可快速得到vp1,i，从而得到最优脉冲Δv以及转移时间tf。
5.根据权利要求4所述的一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，所述地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离，包括：
地面站通过测控系统确定所述交会部的位置与速度；
将所述交会部的位置与速度非实时输送至所述航天器；
所述航天器基于自身位置与速度和所述交会部的位置与速度建立制导动态模型，并在所述制导动态模型标示所述航天器和所述交会部之间的相对位置，且记录所述航天器和所述交会部之间的相对移动；
所述航天器确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离。
6.根据权利要求5所述的一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，所述若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围，包括：
若所述相对距离超过预设距离阈值时，所述航天器朝向所述交会部靠近；
基于所述航天器与交会部的运动状态进行模型的静态规划，并调整所述航天器和所述交会部之间的相对位置；
基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围。
7.根据权利要求6所述的一种航天器与交会部的远程制导方法，其特征在于，还包括：
基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划；
基于所述模型的静态规划计算出最优脉冲Δv以及转移时间tf；
若所述最优脉冲Δv未超过预设脉冲阈值，所述航天器不发生机动，继续沿当前轨道飞行；若所述航天器与所述交会部之间的测量距离尚未更新，航天器也不发生机动。
8.一种航天器与交会部的远程制导装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取航天器在飞行过程中的运动状态，所述航天器沿预设轨道航行；
定位模块，用于地面获取交会部的位置与速度，并将所述交会部的位置与速度输送至所述航天器，确定所述航天器和所述交会部之间的相对距离；
确定模块，用于若所述相对距离超过预设距离阈值时，则基于所述航天器的运动状态进行模型的静态规划，以确定所述航天器进入至与所述交会部的自主制导范围；
触发模块，用于若所述航天器进入自主范围内，则触发所述航天器朝向所述交会部自主制导。
9.一种计算机可读程序介质，其特征在于，其存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被计算机执行时，使计算机执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种电子装置，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
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- 2021-09-14 CN CN202111071568.9A patent/CN113741529B/zh active Active
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