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申请/专利权人：北京控制工程研究所

摘要：本发明公开了一种停靠式抓捕的航天器自主交会对接试验方法，所述方法包括如下步骤：建立抓捕机构的航天器自主交会对接系统；建立被捕获航天器的样本图片数据库；对标注后的样本图片数据库进行训练，输出被捕获航天器四个轮廓特征点的图像二维坐标，得到被捕获航天器相对于捕获服务航天器的位姿；获取抓捕机构中心点和适配机构中心点的相对距离、相对姿态以及相对速度的信息；根据相对距离、相对姿态以及相对速度的信息，基于强化学习实现航天器自主交会对接控制，并采用深度确定性策略梯度算法训练智能体网络进行训练。本发明能够通过模拟仿真交会对接过程，实现对交会对接控制算法的验证，从而降低了地面物理试验的风险。

主权项：1.一种停靠式抓捕的航天器自主交会对接试验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：建立抓捕机构的航天器自主交会对接系统；步骤S2：建立被捕获航天器的样本图片数据库；步骤S3：对样本图片数据库中被捕获航天器四个轮廓特征点进行标注，对标注后的样本图片数据库进行训练，输出被捕获航天器四个轮廓特征点的图像二维坐标，利用一定的算法得到被捕获航天器相对于捕获服务航天器的位姿；步骤S4：根据被捕获航天器相对于捕获服务航天器的位姿获取抓捕机构中心点和适配机构中心点的相对距离、相对姿态以及相对速度的信息；步骤S5：根据步骤S4中获取的相对距离、相对姿态以及相对速度的信息，基于强化学习实现航天器自主交会对接控制，并采用深度确定性策略梯度算法训练智能体网络；在步骤S1中，抓捕机构的航天器自主交会对接系统包括捕获服务航天器、被捕获航天器、抓捕机构、适配机构和双目相机；其中，所述捕获服务航天器的对接面的中心设置有抓捕机构，捕获服务航天器的顶部设置有双目相机；所述被捕获航天器的对接面的中心设置有适配机构；在步骤S2中，双目相机从多个视角对被捕获航天器拍照以获得不同角度下的图片数据，不同角度下的图片数据组成被捕获航天器的样本图片数据库；在步骤S3中，通过卷积神经网络对标注后的样本图片数据库进行训练，在预设阈值以上的置信度图中搜索局部峰值，然后使用贪婪分配算法选择峰值最大的点作为特征点，从而输出被捕获航天器四个轮廓特征点的图像二维坐标；在步骤S3中，一定的算法为PnP算法；在步骤S5中，所述训练包括接近位姿训练和抓捕交会训练；接近位姿训练包括如下步骤：交会对接前，捕获服务航天器首先需要接近到相对于被捕获航天器预设的位置，此阶段，根据抓捕机构中心点A和适配机构中心点B的相对位姿差以及相对速度进行奖励反馈，令航天器三轴控制力信息为DDPG的动作集合；在训练过程中，奖励函数的设计如下：在抓捕机构中心点A和适配机构中心点B的距离未到达误差范围内使奖励值为抓捕机构中心点A和适配机构中心点B的距离二范数的相反数，如果抓捕机构中心点A到达适配机构中心点B且相对速度小于预设值时赋予奖励值10，如果捕获服务航天器到达适配机构中心点B且与适配机构中心点B姿态偏差小于预设偏差时，则赋予奖励值10加上姿态弧度制偏差的相反数，如果捕获服务航天器连续5次达到期望目标位置和姿态后，则赋予奖励50并进入下轮训练；通过强化学习训练，获得接近位姿网络；抓捕交会训练包括如下步骤：在训练过程中，如果捕获服务航天器到达抓取点则获得奖励值10；当捕获服务航天器到达抓取点并闭合抓取装置时，若所有抓取装置内侧都有检测到碰撞力，则获得奖励值50并进入下轮训练；当捕获服务航天器发生非合理碰撞，则给予惩罚-50并结束此轮训练。

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