J2项摄动条件下空间非合作目标仅测角相对导航与交会博弈控制理论

基本信息
批准号:11802119
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:龚柏春
学科分类:
依托单位:南京航空航天大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:江秀强,杨彬,杜彬,李文丹
关键词:
轨道交会J2摄动博弈控制空间非合作目标相对导航
结项摘要

Autonomous rendezvous is the necessary process to conduct on-orbit operation and servicing to the space non-cooperative target. In order to achieve the autonomous rendezvous between the chaser and target, angles-only relative navigation and rendezvous game control theories using positive optical camera under J2 perturbation will be studied in this project. Firstly, in the Cartesian coordinate centered on the mass-of-chaser, a J2 perturbed relative motion dynamics and its state transition matrix will be modeled. Secondly, a multi-constraint robust adaptive closed-loop guidance strategy integrated with angles-only relative navigation algorithm for mid-and-far range rendezvous phase will be proposed with considering the constraints of rendezvous windows, process/ terminal and fuel cost, and introducing of index of state observability and covariance. Lastly, as to solve the pursuit-evasion game between the chaser and target for proximity phase, a target-maneuver-immune line-of-sight control algorithm integrated with angels-only relative navigation will be studied while differential game theory is introduced to model the optimal control for pursuit-evasion problem and the coupled relationship between angles-only navigation and orbit control is utilized. The proposed research will present several novel theories and algorithm for space non-cooperative target angles-only rendezvous and it will provide theoretical foundation for the engineering application of the on-orbit operation and servicing.

与空间非合作目标自主交会是完成对该类目标在轨操作与服务的前提和基础。本课题围绕实现追踪器对非合作目标的自主交会,研究地球非球形J2项引力摄动条件下的光学相机无源仅测角相对导航与交会博弈控制理论。首先,以追踪器质心直角坐标系为基准,建立J2项摄动条件下的相对运动动力学模型及其状态转移矩阵;然后,综合考虑非合作目标交会的窗口约束、过程和终端约束、燃料约束,引入状态可观性和协方差指标,提出适用于非合作目标中远程交会的仅测角相对导航与多约束鲁棒自适应制导一体化理论方法;最后,针对近程交会中机动非合作目标潜在的逃逸行为,引入微分博弈理论进行交会与反交会博弈控制建模,融合仅测角相对导航与轨道控制的耦合模型,提出对目标运动特性免疫的仅测角交会与逃逸博弈控制理论。本课题针对空间机动非合作目标的自主仅测角交会问题,提出有特色的方法,为实现追踪器对目标的在轨操作与服务奠定基础。

项目摘要

与包括空间碎片、失效卫星等在内的空间非合作目标自主交会是完成对该类目标在轨服务的前提和基础。本课题围绕实现追踪航天器对空间非合作目标的自主交会,研究了地球非球形J2项引力摄动条件下的无源光学相机仅测角相对导航与交会博弈控制理论。首先,以追踪器质心直角坐标系为基准,建立了J2项摄动条件下的相对运动动力学模型及其状态转移矩阵;然后,引入状态可观性和协方差指标,考虑非合作目标交会的窗口约束、过程和终端约束、燃料约束,提出了适用于中远程交会的仅测角相对导航与多约束鲁棒制导一体化方法;最后,针对近程交会中机动非合作目标潜在的逃逸行为,引入微分博弈理论进行交会与反交会博弈控制建模,提出了基于双目仅测角的逃逸博弈控制方法。本课题的研究成果可以为实现空间非合作目标的在轨服务提供关键技术支撑。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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