基于碰撞概率的編隊衛(wèi)星碰撞規(guī)避策略.pdf

1、衛(wèi)星編隊飛行是由若干個衛(wèi)星按照一定的構(gòu)型排列組成，這些衛(wèi)星協(xié)同完成某項空間任務。衛(wèi)星編隊飛行有便捷、能耗量小、性能強、便于維護等優(yōu)點。但是多個衛(wèi)星都在相近的軌道上運行，很可能發(fā)生碰撞。因此本文通過計算編隊中衛(wèi)星之間的碰撞概率來決定衛(wèi)星的規(guī)避，從而降低發(fā)生碰撞的危險。
　　衛(wèi)星編隊中每個衛(wèi)星的速度矢量、位置矢量以及位置協(xié)方差矩陣可以通過分析誤差數(shù)據(jù)獲得，從而可以得到兩個衛(wèi)星的相對位置矢量和相對速度矢量，再利用坐標系的轉(zhuǎn)換可以將這些數(shù)

2、據(jù)轉(zhuǎn)換到相遇坐標系中。根據(jù)衛(wèi)星編隊飛行的線性化的相對運動方程（C-W方程），能得到任意時刻相對狀態(tài)協(xié)方差矩陣和相對位置誤差矢量的協(xié)方差矩陣。因為衛(wèi)星間的相對位置誤差服從三維的正態(tài)分布，所以碰撞概率就是三維的概率密度函數(shù)在封閉球內(nèi)的積分。本文將得到的概率密度函數(shù)沿著衛(wèi)星的相對速度方向積分，三維的概率密度函數(shù)就簡化成二維的了，在相遇平面內(nèi)碰撞概率就是這個二維概率密度函數(shù)在封閉球投影圓域內(nèi)的積分。為了簡化計算公式可以將相遇坐標系旋轉(zhuǎn)，碰撞概率

3、就轉(zhuǎn)化為一個二維概率密度函數(shù)在橢圓域內(nèi)的積分。
　　本文將計算得到的碰撞概率值與事先設(shè)定的閾值做比較，當這個概率值大于閾值時，衛(wèi)星之間就可能發(fā)生碰撞，此時需要采取合適的規(guī)避策略來避免碰撞的發(fā)生。本文根據(jù)相遇平面內(nèi)碰撞概率隨時間變化的規(guī)律來設(shè)計規(guī)避策略，規(guī)避策略包括兩方面的因素，分別是規(guī)避的方向和規(guī)避速度的大小。文中分析得到碰撞概率梯度的反方向為最優(yōu)的規(guī)避方向，這是因為碰撞概率梯度的反方向是衛(wèi)星速度變化最快的方向，規(guī)避方向確定后，碰