天目山實驗室胡慶雷獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉天目山實驗室申請的專利一種時變約束下的時間最優的航天器姿態軌跡規劃方法和系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120233790B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-23發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510729630.0,技術領域涉及:G05D1/49;該發明授權一種時變約束下的時間最優的航天器姿態軌跡規劃方法和系統是由胡慶雷;李東禹;童尚;潘必越;許澤坤設計研發完成,并于2025-06-03向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種時變約束下的時間最優的航天器姿態軌跡規劃方法和系統在說明書摘要公布了:本發明提供了一種時變約束下的時間最優的航天器姿態軌跡規劃方法和系統,包括確定時變約束禁區、判斷是否可同時規避、進行規避處理和時域規劃,以實現飛行器在最短時間內完成任務。具體步驟包括:任務開始前確定時變約束禁區位置,判斷時變約束禁區是否可同時規避,對可同時規避的進行同時規避處理,對不可同時規避的進行不同時規避處理,最終完成時間最優的任務。本發明可以確保飛行器在最短時間內安全高效地完成任務。
本發明授權一種時變約束下的時間最優的航天器姿態軌跡規劃方法和系統在權利要求書中公布了:1.一種時變約束下的時間最優的航天器姿態軌跡規劃方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟S1、任務開始前確定時變約束禁區; 步驟S2、判斷時變約束禁區是否可同時規避,如果是,則進行步驟S3,如果否,則進行步驟S4; 步驟S3、時變約束下的航天器姿態軌跡規劃;對步驟S2中可同時規避的時變約束禁區問題進行同時規避處理,并將處理后的軌跡點與時變約束禁區的軌跡點進行時域規劃,使得飛行器在時間最優下完成任務; 步驟S4、時變約束下的航天器姿態軌跡規劃;對步驟S2中不可同時規避的時變約束禁區問題進行不同時規避處理,并將處理后的軌跡點與時變約束禁區的軌跡點進行時域規劃,使得飛行器在時間最優下完成任務; 步驟S2通過以下方法判斷時變約束禁區是否可同時規避:如果任意兩時變約束禁區的長軸焦點不同,則其任意兩時變約束禁區的點可同時規避; 如果任意兩時變約束禁區的長軸焦點相同,但短軸焦點不同,則其任意兩時變約束禁區的點不可同時規避; 步驟S3具體包括以下步驟: 步驟S301、確定已知條件包括觀測弧段、時變約束禁區; 步驟S302、構建已知條件下的時變橢圓禁區;假設N個時變約束禁區中任意兩個形狀為橢圓錐的時變約束禁區的長短軸焦點均為同一處,且在弧段開始時的指向指向時變約束禁區中任意一個,在弧段結束時的指向指向時變約束禁區的另一個在軌位置,且N個時變約束禁區中任意兩個橢圓錐的焦距不同,且其在每個時刻橢圓錐的錐心坐標已知,且橢圓長短軸長度,將時變橢圓禁區轉化為橢圓錐求解;錐心為: 其中,為時間;;為橢圓的長半軸,為橢圓的短半軸; 則求解橢圓的方程為: 步驟S303、利用凸優化的算法求解;構建優化目標函數: 其中,表示執行弧段的時間長度,表示執行器在執行弧段時間內,為運動軌跡的初始狀態,為運動軌跡的最終狀態; 約束函數為: 其中,為運動軌跡的初始狀態,為運動軌跡的最終狀態,為橢圓的長半軸,為橢圓的短半軸; 步驟S302中,轉化橢圓為橢圓錐求解具體通過以下方法獲得:由于橢圓錐錐心已知,橢圓的長半軸和短半軸長度固定,則通過錐面軌跡點和橢圓的軌跡點可以確定;因此,判斷橢圓錐內的運動軌跡點與橢圓的點是否存在交集可以通過判斷橢圓錐錐底的圓與橢圓的交集是否相交來獲取;從而轉化軌跡約束問題為軌跡點與錐底圓是否相交; 步驟S4包括: 當觀測弧段開始時,所有時變約束禁區錐的錐心位于弧段所在的直線上,但錐頂點在觀測弧段外的在軌位置處,則將其通過步驟S3處理后再進行軌跡點與時變約束禁區的時域規劃; 步驟S3還包括以下步驟: 步驟S304、對于步驟S303中求解得到的軌跡點,進行時變約束禁區的規避驗證;該步驟涉及將軌跡點與時變橢圓禁區和時變球面禁區的方程進行比較,以驗證軌跡點是否滿足規避要求;若軌跡點滿足所有時變約束禁區的規避要求,則認為規避成功,否則需要對軌跡點進行調整; 步驟S305、若步驟S304中的規避驗證未通過,則調整軌跡點;根據時變約束禁區的變化,動態調整軌跡點,以滿足規避要求;調整可以包括改變軌跡點的位置、速度或加速度,直至滿足所有規避條件; 步驟S306、將調整后的軌跡點重新進行步驟S304的規避驗證,直至找到滿足所有時變約束禁區規避要求的最優軌跡。
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