1.一种基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,包括:建立航天器轨道动力学模型;构建航天器轨迹规划过程对应的控制能力约束、边界条件约束和性能指标;基于航天器轨道动力学模型、以及航天器轨迹规划过程对应的控制能力约束、边界条件约束和性能指标,构建一般形式的航天器轨迹规划模型;利用伪谱法对一般形式的航天器轨迹规划模型进行处理,获取离散形式的航天器轨迹规划模型,求解离散形式的航天器轨迹规划模型,获取航天器在开始位置至终端位置之间的参考状态变量和参考控制变量;基于航天器在开始位置至终端位置之间的参考状态变量和参考控制变量,利用运动伪装算法建立航天器轨迹快速规划模型;利用序列二次规划算法和模型预测控制算法求解航天器轨迹快速规划模型,获取航天器在开始位置至终端位置之间的状态变量和控制变量。
2.根据权利要求1所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述航天器轨道动力学模型表示为: ;其中, 、 和 分别表示航天器在地心惯性系下的位置矢量、速度矢量和单位质量控制加速度矢量, , , , 分别表示航天器位置在地心惯性系 x 轴、 y 轴和 z 轴下的分量,下标 表示对应物理量在地心惯性系 x 轴、 y 轴和 z 轴下的分量, 表示航天器轨道所绕中心天体的引力常数, 、 分别表示 、 关于时间的一阶导数。
3.根据权利要求2所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述控制能力约束表示为: ;其中, 表示航天器发动机能够提供的最大单位质量控制加速度, 表示向量的2范数。
4.根据权利要求3所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述边界条件约束表示为: ;其中, 、 和 分别表示给定的航天器机动开始时刻、开始位置和开始时刻速度, 和 分别表示航天器在开始时刻 的位置和速度, 表示给定的航天器机动终端位置, 表示航天器在终端时刻 的位置, 表示给定的航天器机动终端速度, 表示航天器在终端时刻 的速度。
5.根据权利要求4所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述性能指标包括时间最短或最小速度增量;时间最短性能指标表示为: ;最小速度增量性能指标表示为: ;其中, 、 分别表示时间最短性能函数、最小速度增量性能函数, 表示时间变量。
6.根据权利要求5所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述一般形式的航天器轨迹规划模型表示为: 。
7.根据权利要求6所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述离散形式的航天器轨迹规划模型表示为: ;其中, 表示性能指标函数, 表示性能指标函数中的终端性能指标, 表示开始时刻 的状态变量, 表示终端时刻 的状态变量, 表示划分的时域内的配点数, 表示第 个配点, 表示 对应的积分权重系数, 表示第 个配点 处的状态变量, 表示第 个配点 处的控制变量, 表示性能指标函数中的拉格朗日项积分部分, 表示状态微分矩阵 的第 k 行第 i 列的元素,状态微分矩阵 是一个 的矩阵, 表示第 个配点 处的状态变量, 表示动力学约束, 表示第1个配点 处的位置, 表示第1个配点 处的速度, 表示第 个配点 处的位置, 表示第 个配点 处的速度。
8.根据权利要求7所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,利用序列二次规划算法求解所述离散形式的航天器轨迹规划模型。
9.根据权利要求8所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述航天器轨迹快速规划模型表示为: ;其中, 表示位置比率, 和 分别表示 关于时间的一阶导数和二阶导数, 分别表示航天器优化位置在地心惯性系 x 轴、 y 轴和 z 轴下的分量, 表示航天器优化位置到地心的距离, , 分别表示 关于时间的二阶导数, 分别表示航天器参考位置在地心惯性系 x 轴、 y 轴和 z 轴下的分量, 分别表示预设参考点位置与航天器参考位置之间的相对位置在地心惯性系 x 轴、 y 轴和 z 轴下的分量, 分别表示 关于时间的一阶导数, 分别表示 关于时间的二阶导数, 表示开始时刻 的位置比率, 表示终端时刻 的位置比率, 和 分别表示 和 关于时间的一阶导数。
10.根据权利要求9所述的基于伪谱运动伪装的航天器轨迹快速规划与闭环控制方法,其特征在于,所述利用序列二次规划算法和模型预测控制算法求解航天器轨迹快速规划模型,获取航天器在开始位置至终端位置之间的状态变量和控制变量,包括以下步骤:步骤601,确定航天器机动的初始状态 、航天器机动的终端状态 、航天器机动的开始时刻 、航天器的最大单位质量控制加速度 ,设定滚动优化的步进时间步长 ,确定航天器在开始位置至终端位置之间的参考状态变量和参考控制变量;步骤602,利用序列二次规划算法求解航天器轨迹快速规划模型,获取航天器轨迹快速规划结果;步骤603,利用模型预测控制算法对航天器轨迹快速规划结果进行跟踪控制,获取跟踪控制结果;步骤604,将跟踪控制结果中的 时刻的航天器的状态变量作为航天器机动的初始状态,将 时刻作为开始时刻;步骤605,循环执行步骤602-步骤604,直至航天器到达设定的终端状态,得到航天器在开始位置至终端位置之间的状态变量和控制变量。