航天器交会对接逼近段控制研究进展
飞行器交会对接动力学分析
飞行器交会对接动力学分析一、飞行器交会对接的概述在航天领域中，飞行器交会对接是一个关键性的技术。
飞行器交会对接是指将两个或多个飞行器通过各种方式连接在一起的过程。
这项技术的核心是在空间范围内有效的接近目标对象，并确保与目标对象之间的距离和速度非常接近，以便成功的进行对接。
由于这项技术涉及到很多方面，如机构设计、控制系统和动力系统等，所以需要进行详细的动力学分析来确保整个操作过程的安全稳定。
二、飞行器交会对接的动力学分析2.1 飞行器交会对接的动力学模型在进行飞行器交会对接的过程中，需要考虑飞行器在空间中的位置和姿态、速度和加速度等因素对接过程中的影响。
为了更准确地进行飞行器交会对接的动力学分析，需要建立一个完整的动力学模型，包括运动方程、旋转方程和控制方程等。
2.2 飞行器交会对接过程中的控制策略为了保证飞行器交会对接的安全性和稳定性，需要合理的控制策略。
在交会对接过程中，可以使用各种控制方法，如自适应控制、非线性控制和模糊控制等。
这些控制方法可以根据具体的情况进行选择，并根据实验结果对其进行优化和改进。
2.3 飞行器交会对接的动力学分析与实验验证在进行飞行器交会对接的动力学分析时，需要同时进行实验验证。
通过实验验证可以有效的检测、验证和改进飞行器交会对接的动力学模型和控制策略。
实验中，需要精确测量飞行器的位置和姿态，以便在对接过程中进行更加精确的控制和导航。
三、飞行器交会对接的研究进展3.1 飞行器交会对接的新型技术随着科技的不断发展和应用，飞行器交会对接技术也在不断演化。
目前，航天领域中的研究人员正在不断尝试新的技术，如无人机进行的空中加油，能量捕获和转移系统等，以确保更加精确和安全的飞行器交会对接过程。
3.2 飞行器交会对接的未来发展趋势未来，飞行器交会对接技术将进一步得到完善，并被广泛应用于航天探索、水下勘探、采矿等领域。
此外，还可能在航空领域中应用，比如无人机进行的空中加油和人员转移等。
交会对接步骤详解
交会对接步骤详解佚名【摘要】神舟八号载人飞船与天宫一号目标飞行器整个交会对接过程分为交会对接准备段、交会段、对接段、组合体飞行段和撤离段。
【期刊名称】《太空探索》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】1页(P15-15)【关键词】交会对接;详解;对接过程;载人飞船;飞行器;组合体【正文语种】中文【中图分类】V526神舟八号载人飞船与天宫一号目标飞行器整个交会对接过程分为交会对接准备段、交会段、对接段、组合体飞行段和撤离段。
交会对接准备段：载人飞船发射前，天宫一号目标飞行器降低轨道并调整朝向，完成交会对接准备。
交会段：飞船发射入轨后，首先在地面测控的导引下，经过数次变轨转移到目标飞行器后下方，与目标飞行器建立稳定的空空通信链路；然后，飞船开始自主导航，导引至距天宫一号适当距离停泊点。
最后，飞船切换为CCD光学成像敏感器导航。
在有航天员参与的情况下，航天员也可通过手控摄像机和控制手柄手动控制，引导飞船继续向天宫一号目标飞行器靠拢，直到这两个航天器上的对接机构开始接触。
对接段：对接机构接触后，通过捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两航天器刚性连接，形成组合体。
交会对接过程示意图组合体飞行段：无人参与的情况下，检查舱内密封情况后，两个航天器开始组合体飞行。
在载人航天交会对接任务中，此时，开始检查舱内密封情况，确认没有问题后，航天员打开舱门，通过对接通道，进入天宫一号中，同时将随身物资也搬运到天宫一号中。
航天员在天宫一号中工作、休息和锻炼，在飞船上就餐。
任务完成后，返回到飞船中，关闭舱门，进行撤离准备。
撤离段：对接机构解锁，两个飞行器分离，撤离到安全距离。
此后载人飞船返回，天宫一号继续自主飞行，等待下一次任务。
中国载人航天二期工程的又一个战役——交会对接已经开始了，随着交会对接任务的成功实施，中国在近地轨道上，打下了空间实验室建设的第一块基石，当然，有了空间实验室，离中国的空间站也已经不远了，在2020年左右，我们就将看到中国的空间站日夜不停地遨游在地球外层空间的近地轨道上。
交会对接最后逼近段姿轨耦合控制
交会 对 接最 后 逼近 段 姿轨 耦合 控 制
李 鹏。 陈兴林 宋申民 李敏 利 ， ， ，
（． １ 湘潭 大学 信 息 工程 学 院 ， 南 湘 潭 ４ １０ ； ． 尔滨 工 业 大 学 航 天 学 院 ， 龙 江 哈 尔滨 １００ ） 湖 １ １５ ２哈 黑 ５０ １
摘
要： 针对交会对接最后逼近段的制导律和姿态控制律的设计 问题 ， 首先对逼近段轨道 与姿 态的耦合 问题进行 了
ａ ｐ ｏ ｃ ｈ ｓ ． Ａｆｅ ｈａ ，ａ ｂ ｅｉ ｅ ｇ ｉ ａ ｃ ａ ａ ｅ ｎ ｔｅ Ｈｉｌｅ ｕａｉｎ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ Ｔ ｔｉ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｐ ｒａ ｈ ｐ ａ ｅ ｔ ｒｔ ｔ ｅ ｌｎ ｕ ｄ ｎ ｅ ｌ ｗ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌ ｑ ｔｏ ｓｄ ｓｇ ｅ ． ｈｅ ａｔｔ ｏ ｔｏ ｕｄ ｓｒ ｔ ｇ ｈ ｗｎ ｈ ｒ ｅ ｈ ｔａｅ ｙ ｓ ｏ ｅ ｅｕｓ ｄ ｔ ｅ ＨＯＳ ｃ ｎ ｒｌｅ ． Ｌａ ｔ Ｍ ｏ ｔｏｌｒ ｓｌ ｙ，ｗｉ ｈｅｈ ｌ ｆＳ ｍ ｕｉ ｋ ｓ ｆ ｒ ｔ ｔ ｅｐ ｏ ｉ ｌ ｏ ｔ ｅ，ａ ｓｍｕ ａｉｎ ｗａ ａ ｒｅ ｈ ｎ ｗａ ｉ ｌｔｏ ｓｃ ｒｉｄ
中图 分 类 号 ： Ｐ ８ Ｔ ９ １２ 文 献 标 志 码 ： 文章 编 号 ：６ ３ ７ ５ ２ １ ）６０３ －４ Ｔ Ｉ ；Ｎ １．３ Ａ １７ ４ ８ （００ ０ －５００
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ａ ｔｔ ｄ ｎ ｒ ｉ ｏ ｐ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｔｉｕ ｅ ａ ｄ ｏ ｂ ｔｃ ｕ ｌ ｏ ｔ ｏ ｎ ｏ ｅ ｈ ｎ ｌａ ｐ ｏ ｃ ｈ ｓ ｆｒ ｎ ｅ ｖ ｕ ｎ ｏ ｋ ｎ ｖ ｒ ｔ ｅ ｆ ａ ｐ ｒ ａ ｈ ｐ ａ ｅ ｏ ｅ ｄ ｚ ｏ ｓ ａ ｄ ｄ ｃ ｉ ｇ ｉ
航天器非合作交会一体化控制仿真研究
Simulation of Integrated Control for Non-
Cooperative Rendezvous of Spacecrafts 作者： 刘歌群[1];顾冬晴[2,3];刘晓坤[2,3]
作者机构： [1]上海理工大学,上海200093;[2]上海宇航系统工程研究所,上海201109;[3]上海空间机器人工程技术研究中心,上海201109
出版物刊名： 科技创新与应用
页码： 12-15页
年卷期： 2020年 第32期
主题词： 交会对接;一体化控制;仿真
摘要：非合作交会对接对于航天器在轨服务异常重要。
文章研究了航天器姿轨一体化的6自由度交会控制仿真技术。
文章建立了航天器轨道计算、姿态计算、相对位置计算和控制律计算仿真模型,通过对典型停泊点参数跟踪控制效果的计算,验证了所设计仿真模型的正确性。
交会对接任务两目标协同控制技术研究
载
人
航
天
Ｖ ０ １ ． ２ ０ Ｎｏ ． １
Ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｌ ｆ ｉ ｇ ｈ ｔ
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
交会对接任 务两 目标协 同控， 刘 勇 ， 赵焕 洲
（ 北京 航天飞行控制中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ ４ ）
摘要 ： 在 载人航 天 工程 交会 对接任 务 阶段 ， 北 京航 天飞行 控 制 中心首 次 实现 了真正 意义上 的 两 目标协 同控 制 ， 完成 了协 同体 系构建 、 协 同模 式 研 究、 协 同技 术攻 关、 协 同方 案设 计 、 协 同 系统 研 制 的 完整技 术演 进过程 。本 文主要 目标 是对 交会 对接 任务 北 京 中心的 两 目标 协 同控制 技 术 研 究成 果进 行 总结 ， 主要 涉及 在 交会 对接任 务 协 同控 制技 术体 系构建 、 两 目标 关联 计 划 工作模 式、 两 目标 注入 安排 协 同设计 与 实施 的经验 与 不足 ， 通过 对协 同 系统在 交会 对接 任务 中的 实战 应 用情 况 ， 分析 交会 对接 任 务在协 同 自动化 手段 方 面的 成果 和后 续 改进 完善 方向 ， 为后 续 空间 站任 务 设计 和 实现 更复 杂的 多 目标协 同控 制体 系积 累经验和 教训 。 关 键词 ： 载人 航 天 工程 ； 交会 对接 ； 协同； 控 制 中图分 类 号 ： Ｖ ５ ２ ６ ； Ｖ ５ ５ ６ 文献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ４ ． ５ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ — ０ ０ ２ ６ － ０ ６
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｃｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ
基于CEI的航天器交会对接段的轨道监控
＋ Ｎ 一 一 一 ＪＡ ￡ 一，￡ Ｊ ｊ ） （ Ｊ Ａ。ｋ Ｐ ＋△ …＋￡ （） Ｒ （ ） （ ） — Ｒ （ ～， 。 ）＋Ｃ ｔ ＋△ … １ ０ １
式中 和 Ｎ 分别 为相 位观 测量 和整 周模 糊 度 ； 为卫 星 下 行波 段
的信号 波长 ；ｒ币 、Ｒ 眦 分别 为卫 星 和基 线 两端 台 站 Ａ、Ｂ的位 置 向量 ；Ａ 为 两 站 钟差 互 差 ；△ 为 站 问 大 气传 播 延 迟 的残 已在进行 自主式 空间交会 对接所需 测量设 备 的研 制 ；欧空局 和 日本也 在开展 这
方面 的研 究工作 ，方案 之一就 是利用 ＧＰ Ｓ作 为测 量手 段 。本 文 主要是 基 于 中短基 线 相位 干涉 测 量
（ ｏ ｎ ｃｅ —ｌｍｅ ｔＩｔｒｅｏ ｔｙ Ｃ Ｉ技 术展开讨 论 。Ｃ Ｉ Ｃ ｎ ｅｔｄｅ ｅ ｎ ｎ ｅｆｒ ｍｅｒ ， Ｅ ） Ｅ 技术 是一种 基 于飞行器 下行 信号 的被
关键词 中短 基线相位 干 涉测量 交会 对接
整周模 糊度
扩展卡 尔曼滤波
航 天器
１ 引 言
运输 飞船 与 目标 飞行器 的交会对 接 以及建 立空 问实验室将 是 中国航天 领域下 一阶段 要实现 的 目 标 。其 中 ，交会 对接 的远距离 导引及 近距离第 一次导 引 的实 时高精度 测定轨 ，是 急需 解决 的问题 之
差 ，包括对 流层 和 电离 层 的传 播误 差 的影 响 ；Ａ 为仪 器 延迟 引起 ｐ 的距离误差 ；ｅ 观测 噪 声 。这 样 ，每 个 时刻 均 得 到 两条 基 线 上 的 为 两 个高精度 观测量 。由于卫 星轨 道误 差 绝 大部 分体 现 在它 在 有效 基 线 方 向上 的投影 ，因此 两条 正交 基线 是 决定 静地 卫 星 二维 角 坐标 及 其变 化信息 所必需 的 ，结 合 卫 星 的动力 学模 型 ，就 能 够确 定完 整 的
神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统及其飞行结果评价
Ａｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｄ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｒ ｓ ａ ｅ Ｃｏ ｔｏ ｎ ｐ ｉ ａｉｎ
２１ ０ １年 １ ２月
神 舟 八 号 飞 船 交 会 对 接 制 导 、 航 与 控 制 系 统 导 及 其 飞 行 结 果 评 价
（ ．Ｂ ｉｎ ｎｔｕ ｏｔ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｅｉ ０ １ ０ ｈｎ ； ｅｉｇＩｓ ｔｔ ｏ Ｃ ｎｒ ｇｎ ｒ ｇ Ｂ ｉｎ １０ ，Ｃ ｉａ ｊ ｉ ｅｆ ｏＥ ｅ ｎ ｊｇ ９
２ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｐ ｃ ｎｅｌ ｅ ｔＣ ｎｒｌＬ ｂ ｒ ｔｒ ．Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｓ ａ ｅＩ ｔ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｏａｏｙ，Ｂ ｒｎ １ ０，Ｃ ｉａ） ｌｇ ｏ ｅ ｉｇ １ ０ ０ ９ ｈｎ Ａｂ ｔａ ｔＴ ｅ Ｓ ｅ ｚ ｏ 一 ｐ ｃ ｃａ ｕｄ ｎ ｅ， ａ ｉａｉｎ ａ ｄ ｃ ｎｒｌ ＧＮＣ）ｓｓｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｈ ｎ ｈ ｕ ８ ｓ ａ ｅ ｒｆ ｇ ｉａ ｃ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ｏ ｔ （ ｔ ｏ ｏ ｙ ｔｍ，ａ ｄｗｏｋｎ ｒ — ｎ ｒ ｉｇｐ ｉ ｎ ｃｐｅ ，ｒｎ ｅｖ ｕ ｎ ｏ ｋｎ （ ＶＤ） ｐ ａｅ ｐ ｒ ｔ ｎ，ｓｓｅ ｍｐｅ ｎａｉｎ ｃ ｎ ｅｎ ｒ ｎｒｄ ｃ ｄ ｉｌｓ ｅ ｄ ｚ ｏ ｓａ ｄ ｄ ｃ ｉｇ Ｒ ｈ ｓ ａｔ ｉ ｉｏ ｙ ｔｍ ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｏ ｃ ｒ ｓａｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｏ
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精准对接!太空再现“万里穿针”神技
精准对接!太空再现“万里穿针”神技作者：来源：《华声文萃》2022年第11期2021年5月30日5时1分，天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，采用自主快速交会对接模式，精准对接于天和核心舱后向端口，整个过程历时约8小时。
“万里穿针”神技再现太空。
快速交会对接如何实现空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一，也是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件，复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高。
“以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大約2到3天时间，过程中还需要大量的人工参与。
而此次天舟二号与天和核心舱对接，整个过程历时约8小时，不用地面干预，就像无人驾驶汽车一样。
”中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉说。
快速交会对接不仅可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间，也可以保证一些“时鲜货”——比如生物制剂等尽快送达空间站。
如果空间站等航天器突遇紧急情况，快速交会对接可以迅速做出反应，向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员。
此次交会对接是我国在轨进行的第二次快速交会对接，与上一次2017年天舟一号货运飞船与天宫二号飞行器的交会对接相比，此次对接中，天舟二号货运飞船增加了“全相位全自主交会对接方案”。
“全相位”就是无论目标飞行器在入轨时和空间站相距多少，天舟都能以最快速度或者在规定时间点实现对接，而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间，真正实现了全天候发射。
“全自主”就是从飞船入轨到交会对接成功，全程不需要人工干预，飞船上的控制器自主规划完成。
相比天舟一号，天舟二号增加了远距离自主导引，飞船可以利用北斗导航的位置信息实现远距离全自主导航计算及其制导与控制。
手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的左右手，互为备份，是系统可靠性的重要保障，天舟二号飞船也装备了手控系统。
在货运飞船与空间站交会对接的最后平移靠拢段，手控系统具备支持空间站内航天员进行手控遥操作实现前向或后向交会对接或撤退撤离的能力。
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航天器交会对接逼近段控制研究进展
作者：朱晓光
来源：《卷宗》2020年第17期
随着航天技术的飞速发展，载人和无人飞船频繁往返于空间站，航天器需要更加灵活快速的实施对接。
航天器在空间实现交会对接是由航天器制导、导航和控制（Guidance，Navigation and Control， GNC）系统完成的，GNC的主要任务是高精度测量航天器之间的相对速度、相对位置、相对姿态以及相对姿态角速度，并控制航天器完成姿态的调整和轨道的切换。
未来我国的神舟飞船将从多个方向实施与空间站的交会对接。
因此，进一步研究与发展航天器沿不同轨迹的自主交会对接技术是未来太空领域工程应用的必然趨势。
航天器的自主交会对接过程可分为发射、调相（地面导引）、远距离交会、近距离交会、对接停泊等几个阶段，不同的阶段要求的航天器控制精度不同，而近距离交会的最终逼近段控制精度要求较高。
在最终逼近段，要完成准确可靠地对接需要位置和姿态的精确调节，以及两合作航天器间的协同配合来共同完成。
换言之，航天器自主交会对接必须解决逼近段追踪航天器相对位姿高精度的自主控制问题。
然而，一方面交会对接过程对航天器相对位姿控制的动态特性要求较高;另一方面，复杂的空间运行环境和航天器动力学模型中的不确定因素往往会影
响其控制精度，因此需要应用新的控制算法来解决交会对接中航天器位置和姿态控制的误差精度和鲁棒性问题。
1 国外研究现状
Kluever， C. A为航天器沿固定轴的终端平面交会对接设计了反馈控制方案;Saponara， M 将基于优化的模型预测控制应用于火星样品回收任务中的航天器自主交会操作;Di Cairano， S 将模型预测控制应用于航天器交会对接逼近段的轨道平面机动;Singla， P在考虑未建模动态、参数扰动和实际位姿测量误差的情况下，针对航天器交会对接控制问题，给出了一种输出反馈结构的模型参考自适应控制方法;Subbarao， K和Sam， W以空间自由漂浮机器人和服务的漂浮物体交会停靠为研究背景，利用反馈线性化设计控制律使当前和期望姿态之间的误差为零，再通过自适应干扰观测矩阵来修正由重力梯度和其他未知干扰引起的干扰力矩，其稳定性通过Lyapunov方程和Matrosov定理证明;Stansbery， D， T基于六自由度模型，提出了一种用状态依赖的Riccati方程设计的非线性调节器来控制航天器在接近翻滚目标时的位置和姿态;Pan， H. Z在航天器平移速度和角速度测量缺失的情况下，用一个高通滤波器来估计航天器的速度和角速度，并给出了一种Lyapunov框架的非线性输出反馈控制，以保证航天器相对位姿跟踪误差的半全局渐进收敛;Naasz， B. J针对微小卫星力矩输出受限的情况，整合了基于LQR平均方
程组的姿态控制器和基于轨道要素反馈的轨道控制器;Park， H在考虑避障的情况下，为航天
器对接到一个旋转/翻转平台设计了模型预测控制律;Guglieri， G为航天器交会对接地面试验系统的GNC设计了比例微分综合控制器和脉冲宽度调制器来控制推进器跟踪预定的轨迹和速
度;Lee， D基于六自由度动力学模型，为航天器近距离交会对接设计了非线性输出跟踪控制，将输出反馈控制和状态反馈控制组成一个闭环的控制结构以满足其鲁棒性要求。
2 国内研究现状
彭冬亮通过一个坐标变换矩阵将轨道动力学模型和姿态动力学模型结合起来，建立了姿轨一体化数学模型，并设计了耦合控制方案;Chen， W. Y分别为轨道和姿态设计线性H∞和非线性H∞控制器，并采用一种协调逻辑来避免轨道控制和姿态控制的冲突;朱志斌针对航天器在近距离沿目标航天器快速绕飞的情况，考虑到相对运动对动态性能的高精度要求，设计了一种滚动优化有限时域最优控制求解方法;Wang， J. Y设计了一种模型无关的类PD鲁棒控制器，证明了闭环系统存在外部扰动条件下的鲁棒性，并基于六自由度模型，设计了鲁棒自适应滑模控制律;Wang， X. K针对多飞行器位姿协同控制问题，提出了一种特定根树结构的分布式控制策略，并设计了全局渐进收敛的输出反馈调节器;Zhang， F基于六自由度模型，为空间交会任务中的追踪航天器设计了自适应反步（Back Stepping）控制律;Zhao， X为航天器交会对接逼近段设计了多滑模控制（Multi-Slide-Mode Control， MSMC），以降低能量消耗;Sun， L针对空间非合作目标交会中追踪航天器的位姿同步跟踪问题，基于六自由度耦合动力学模型设计了鲁棒自适应控制器，采用梯度自适应方法和一种范数估计自适应方法在线估计追踪航天器的参数不确定性和动态耦合影响;Wan， N为推力有限的近地轨道交会对接设计了基于状态观测器的鲁棒控制，保证能量消耗最小。
3 小结与展望
综上所述，针对航天器交会对接逼近段控制算法问题，国内外的学者从不同的角度提出了诸多理论上可行的方法和策略，其中基于位姿耦合数学模型控制算法的研究与应用，在航天器相对导航、空间多目标协同以及航天器自主交会对接等航天领域有着极其重要的研究价值;同时，实现航天器交会对接逼近段高精度的自抗扰控制对于提高航天器的性能，任务可靠性以及扩展空间应用方面具有重要的现实意义，也是我国面向空间合作目标跨尺度运动再现提出的挑战性新课题。