基于自适应同伦的鲁棒低推力交会紧密耦合估计与制导
机器人学
2026-05-07 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
最小燃料低推力交会制导产生对估计误差、传感器异常和求解器正则化高度敏感的 bang-bang 控制结构，使得在非合作近距离操作中激进的闭环执行变得脆弱。本文提出一种紧密耦合的估计与制导架构，其中导航置信度直接调制滚动时域间接最优控制求解器的同伦参数。相对运动在 Clohessy-Wiltshire 坐标系中建模。平动状态通过由多重调节因子（MTF）协方差膨胀机制增强的线性 Kalman 滤波器进行估计，该机制抑制可疑的新息方向。由归一化新息和 MTF 活动构成的综合评分在线映射至同伦参数，使控制器在置信度下降时能够放松至更平滑、保守的机制，并在传感能力改善时恢复燃料高效的 bang-bang 控制。严重测量退化下的数值结果表明，固定 bang-bang 制导依然脆弱；plain-KF 和 MTF-KF 固定 epsilon 控制器均产生较大的终端脱靶量。相反，所提出的 MTF 自适应同伦控制器将终端脱靶量降低了约两个数量级，从数百米降至亚米级，且与开环燃料最优基准相比仅需适度增加控制能耗。对比表明，自适应同伦是主导的鲁棒性机制，而 MTF 提供了额外的精度和效率提升。滚动时域实现表现出一致且快速可靠的求解时间，支持了所提方法的实际在线可行性。
引用
@article{arxiv.2605.04481,
title = {Tightly-Coupled Estimation and Guidance for Robust Low-Thrust Rendezvous via Adaptive Homotopy},
author = {Batu Candan and Simone Servadio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.04481},
year = {2026}
}