空間自主在軌服務(wù)航天器近距離操作運(yùn)動規(guī)劃研究.pdf

1、空間自主在軌服務(wù)技術(shù)是空間在軌服務(wù)技術(shù)體系中的一個重要分支和方向，利用具備較高自主能力的航天器或空間機(jī)器人完成龐大或繁雜的空間裝配、維護(hù)和服務(wù)等空間在軌服務(wù)任務(wù)是未來人類步入工業(yè)化、軍事化太空時(shí)代的必然需求。由于自主運(yùn)動規(guī)劃能力是航天器自主水平的重要標(biāo)志和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此本文對空間自主在軌服務(wù)航天器的運(yùn)動規(guī)劃問題進(jìn)行了深入、細(xì)致的研究，重點(diǎn)以作為服務(wù)航天器主要運(yùn)動形式的近距離操作運(yùn)動為研究背景，面向復(fù)雜的空間服務(wù)環(huán)境，按照“規(guī)劃體系—建模

2、—個體規(guī)劃—協(xié)同規(guī)劃”這一基本的研究思路，遵循從體系到理論、從個體到協(xié)同的基本原則，對空間自主在軌服務(wù)航天器近距離操作運(yùn)動的規(guī)劃方法進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　本文首先給出了空間在軌服務(wù)的一些概念和以服務(wù)體和服務(wù)對象為主要組成部分的空間在軌服務(wù)體系，分析了空間在軌服務(wù)的主要任務(wù)，研究了用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)任務(wù)的多種載體及任務(wù)實(shí)施步驟，最終針對本文的研究內(nèi)容與空間在軌服務(wù)體系、任務(wù)等特點(diǎn)，研究了自主服務(wù)航天器近距離操作運(yùn)動規(guī)劃體系。
　　研

3、究了服務(wù)航天器空間運(yùn)動所需的模型描述問題，給出了所需的坐標(biāo)系和各坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出了用于分解姿態(tài)描述的準(zhǔn)本體坐標(biāo)系的概念，推導(dǎo)了軌道相對運(yùn)動的微分方程與顯式方程。
　　針對敏捷服務(wù)航天器應(yīng)具備的基本能力，對基于連續(xù)推力模式的敏捷服務(wù)航天器運(yùn)動規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。介紹了適于解決高維狀態(tài)和復(fù)雜環(huán)境運(yùn)動規(guī)劃問題的快速搜索隨機(jī)樹方法，明確了規(guī)劃方法所需考慮的各種約束條件，重點(diǎn)對基于連續(xù)推力模式的敏捷自主在軌服務(wù)航天器運(yùn)動規(guī)劃問題所

4、涉及的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了深入研究，并提出了為實(shí)現(xiàn)精確服務(wù)運(yùn)動而考慮時(shí)間因素的改進(jìn)快速搜索隨機(jī)樹方法，針對固定障礙、移動障礙和突發(fā)事件三種復(fù)雜環(huán)境，檢驗(yàn)了該方法對基于連續(xù)推力模式的敏捷服務(wù)航天器空間精確服務(wù)運(yùn)動的規(guī)劃能力。
　　研究了基于脈沖推力模式的近距離服務(wù)航天器運(yùn)動規(guī)劃問題，介紹了基于隨機(jī)采樣原理的概率路標(biāo)算法的基本原理，給出了規(guī)劃問題所需考慮的各種約束條件，重點(diǎn)對基于脈沖推力模式的近距離服務(wù)航天器運(yùn)動規(guī)劃問題所涉及內(nèi)容進(jìn)行了研究

5、，針對這一混雜系統(tǒng)規(guī)劃問題將運(yùn)動規(guī)劃分解為平動與轉(zhuǎn)動兩部分分別進(jìn)行研究。在平動規(guī)劃中面對復(fù)雜空間環(huán)境給出了考慮時(shí)間因素的混合運(yùn)動規(guī)劃方法，并利用軌道相對運(yùn)動的顯式方程作為局部規(guī)劃器；針對脈沖推力的特點(diǎn)在轉(zhuǎn)動規(guī)劃中提出了利用準(zhǔn)本體坐標(biāo)系將姿態(tài)規(guī)劃分為兩步的規(guī)劃方法。最后針對固定障礙、移動障礙和突發(fā)事件三種復(fù)雜環(huán)境，檢驗(yàn)了該規(guī)劃方法對基于脈沖推力模式的近距離服務(wù)航天器空間精確運(yùn)動的規(guī)劃能力。
　　研究了多服務(wù)航天器協(xié)同運(yùn)動規(guī)劃問題。介