[發明專利]一種自主協同的航天器集群體系及運行方法

有效

• 申請號: 201210581859.7
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103076808A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張育林;王兆魁;蔣超;范麗;安梅巖;黨朝輝;楊雪榕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B19/418
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 趙建剛

1.一種自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述航天器集群體系主要由至少一個具備了自主運行能力、網絡信息連接和資源共享接口的節點航天器群組成；所述節點航天器群中的各節點航天器通過空間自組織網絡相互連接。

2.根據權利要求1所述的自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述節點航天器群是所述節點航天器在一定空間范圍內利用空間自組織網絡、共享導航和集群飛行模式所構成的，能夠自主進行資源調度、任務規劃、任務重構和失效重組的航天器群；所述節點航天器群能夠根據接收到的任務的特點，自主調用所述節點航天器群的集群資源，構成任務子群；所述節點航天器群并能根據所述任務的需要，增加和/或替換所述節點航天器，實現任務重構和/或失效重組。

3.根據權利要求1所述的自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述節點航天器包括具備自組織管理和信息資源共享功能的模塊航天器和/或安裝了自組織管理和信息資源共享接口的傳統航天器；所述節點航天器是具備自組織通信能力、導航信息共享能力、資源共享能力和自主管理與控制能力的航天器。

4.根據權利要求3所述的自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述節點航天器均具備基本在軌資源，所述基本在軌資源包括任務載荷和/或功能載荷；所述節點航天器包括基本生存模塊和特定功能模塊。

5.根據權利要求4所述的自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述基本生存模塊主要由集群飛行控制器、無線自組織網絡節點設備、基礎電源供給設備和絕對導航模塊組成；所述無線自組織網絡節點設備、所述基礎電源供給設備和所述絕對導航模塊分別與所述集群飛行控制器連接。

6.根據權利要求5所述的自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述集群飛行控制器主要由任務管理與控制信息處理單元和自主導航信息處理單元組成；所述基礎電源供給設備主要由太陽電池組組成；所述絕對導航模塊主要由GNSS接收機和星敏感器組成。

7.根據權利要求4所述的自主協同的航天器集群體系，其特征在于，所述特定功能模塊是用于完成特定功能而承載于所述基本生存模塊上的功能模塊；所述功能模塊包括：對地通信功能模塊、成像功能模塊和數據處理功能模塊中的一種或幾種。

8.一種權利要求1-7任一所述的自主協同的航天器集群體系的運行方法，其特征在于，

組成所述航天器群的節點航天器以共享導航和集群飛行模式飛行，通過空間自組織網絡相互通訊，根據有/無任務自動調整編隊構型；

當所述航天器群接收到任務指令時，根據任務類型自主進行資源調度、任務規劃、任務重構和失效重組，進而完成所述任務。

9.根據權利要求8所述的運行方法，其特征在于，所述集群飛行是所述節點航天器群形成系統任務能力的基礎；所述集群飛行包括：

在非執行任務狀態下，根據各所述節點航天器控制能力強弱和軌道動力學特性，采用主動或被動的控制模式，形成長期維持的松散編隊；在執行任務狀態時，各所述節點航天器構成任務子群協同飛行；所述任務子群中的一部分所述節點航天器直接面向任務，保持特定的編隊構型，另一部分所述節點航天器提供通信、計算、導航服務。

10.根據權利要求8所述的運行方法，其特征在于，所述空間自組織網絡是所述節點航天器群形成系統能力的信息基礎，所述空間自組織網絡用于實現各所述節點航天器之間的自組織信息交換，為共享導航、協同控制提供基礎平臺；所述空間自組織網絡是具有網絡自發現、拓撲自識別、路由自形成的能力，能夠適應系統規模和通信拓撲結構的動態變化的自組織網絡；所述空間自組織網絡中的各所述節點航天器通過多跳信息傳遞方式，實現所述空間自組織網絡內任意節點航天器間的通信；

和/或

所述共享導航是所述節點航天器群中的各節點航天器間進行導航信息傳遞、導航信息融合和導航信息處理的過程；所述導航信息包括航天器絕對軌道信息和/或相對狀態信息、絕對姿態信息和/或相對姿態信息；所述共享導航用于使各所述節點航天器獲得基本的集群狀態信息。