多约束航天器飞越式接近的两级运动规划方法.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第32卷2015年第3期文章编号：1006—1630(2015)03—0016-06多约束航天器飞越式接近的两级运动规划方法郝瑞，孟云鹤，郭胜鹏(国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：针对航天器在轨服务背景，研究了服务航天器在复杂约束条件下实现飞越式接近非合作目标的运动规划方法。根据飞越式接近过程对航天器运动状态调整的快速性、精确性要求，提出一种由改进的快速搜索随机树运动规划算法与进化算法结合的两级规划方法，并对复杂约束条件下航天器按指定时间到达指定运动状态过程进行规划。仿真结果表明：该法在保证规划效率的同时能得到

2、平滑和优化的运动轨迹，可解决此类高维非线性运动规划问题。关键词：在轨服务；飞越式接近；轨迹规划；快速搜索随机树中图分类号：V412．4文献标志码：ATwo-StageMotionPlanningMethodforFly-ByApproachofSpacecraftwithMultipleConstraintsHAORui，MENGYun—he，GUOSheng—peng(CollegeofAerospaceScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，Humn，CNm)Abstr

3、act：AimtOtheon—orbitservicing，themotionplanningon-orbitservicingspacecraftapproachinganuncooperativetargetwithfly-bymethodundercomplexconstraintswasstudiedinthispaper．AccordingtOthestatetranslationneedtObefastandaccurate，atwo—stagemotionplanningmethodwiththecombinationofimprovedrapidly-explori

4、ngrandomtreeplannerandevolutionalgorithmswasputforward．AnditwasusedforthespacecrafttOgettoappointedmotionstateatappointedtimewithcomplexconstraints．Thesimulationresultsshowedthatthemethodcouldsatisfytherequirementofhigh—dimensionalnonlinearplanproblemandfeasiblemotiontrajectorywasachievedwitha

5、certainextentofcomputationalefficiency．Keywords：On-orbitservicing；Fly-byapproach；Pathplanning；Rapidly-exploringrandomtree0引言在轨服务航天器对大型空间站或卫星进行维护时，首先需实现安全接近过程。飞越式接近方法可使服务航天器沿一条无碰撞的路径到达目标，且保证出现故障时也能安全撤离。文献[1—2]给出了飞越式接近方法的基本过程，并验证了飞越式接近相对基于数值优化方法的接近路径有更好的安全性，且节省燃料。在轨服务航天器飞越式接近目标要求其轨道与姿态同步快速精确机动，属

6、于高维非线性问题，尤其是考虑航天器机动性能及空间环境约束收稿日期：2014—07—08；修回日期：2014—08—28基金项目：国家自然科学基金(10702078)；校基础预研项目(JCl3一01—08)。作者简介：郝瑞(1989一)，男，硕士生，主要研究领域为飞行器轨道动力学与控制。时，一般规划方法难以获得满足要求的轨迹。快速搜索随机树(RRT)算法广泛用于运动规划问题[3]。有研究发现基本RRT算法结果为概率非最优，并通过在生成新节点时加入最优路径选择，得到RRT’算法。文献E43对RRT。算法进一步改进，通过限定最大存储节点数，得到了搜索效率更高的RRT。FN算法。Heuri

7、stically—guidedRRT(hR—RT)算法引入了类似的近邻节点概念[5]。文献[63在其基础上采用多重随机采样策略，得到了满足无人机实时航迹规划需求的改进RRT算法。文献E73针对RRT规划方法易进入局部陷阱的缺点，在算法中引入考虑障碍约束的平衡生长机制，提高了算法的绕障碍能力，使其在解决高维、复杂约束规划问题时有较高的可靠性。文献[83提出了两级路径规划方法，先用RRT算法规划路径初值，再将路径第32卷2015年第3期郝瑞，等：多约束航天器飞越式接近的两