面向仅测角导航与安全约束的主动碎片清除任务远距邻近操作的轨迹设计与制导
最优化与控制
2024-11-05 v1
摘要
目标可观测性、安全性与鲁棒性常被视为确保远距邻近操作成功的关键因素。由于仅测角(AO)导航在距离确定方面存在固有局限，导致目标可观测性问题及由此引发的任务安全性问题，其在邻近操作中的应用常遇犹豫。然而，由于成本低廉，该导航方式仍极具吸引力。本文采用粒子群优化(PSO)与强化学习(RL)对此类远距轨迹进行设计与制导，在仅测角导航下保证可观测性、安全性与鲁棒性。首先，利用PSO设计一条可观测、鲁棒且安全的标称轨迹。随后，利用前沿RL算法近端策略优化(PPO)开发制导控制器，能够在航天器从初始扰动状态机动至目标状态的过程中维持可观测性。通过在蒙特卡洛(MC)方式下改变初始相对航天器状态，对该制导控制器的保真度进行测试。标称轨迹及带制导的扰动轨迹的可观测性利用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行验证。扰动轨迹亦被证明遵循标称轨迹所满足的安全要求。结果表明，训练后的控制器能成功确定维持可观测性与安全性的机动动作并抵达目标终态。
引用
@article{arxiv.2411.01021,
title = {Trajectory Design and Guidance for Far-range Proximity Operations of Active Debris Removal Missions with Angles-only Navigation and Safety Considerations},
author = {Minduli C. Wijayatunga and Roberto Armellin and Harry Holt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.01021},
year = {2024}
}
备注
22 pages