[發(fā)明專利]一種集群多星單目標(biāo)凝視姿態(tài)協(xié)同控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910326252.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN110032203B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 連一君;孟云鶴;蔣小勇;項(xiàng)軍華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南航升衛(wèi)星科技有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種集群多星單目標(biāo)凝視姿態(tài)協(xié)同控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲取當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)點(diǎn)狀態(tài)以及集群中各個(gè)衛(wèi)星的實(shí)際姿態(tài)四元數(shù)、角速度、軌道狀態(tài)；

步驟2，根據(jù)步驟1中的參數(shù)獲取集群中各個(gè)衛(wèi)星的期望姿態(tài)四元數(shù)與期望角速度；

步驟3，對(duì)于集群中每一顆衛(wèi)星，結(jié)合其實(shí)際姿態(tài)四元數(shù)與期望姿態(tài)四元數(shù)產(chǎn)生姿態(tài)四元數(shù)偏差信號(hào)，結(jié)合其實(shí)際角速度與期望角速度產(chǎn)生角速度偏差信號(hào)；

步驟4，對(duì)于集群中任意兩顆衛(wèi)星，結(jié)合兩個(gè)姿態(tài)四元數(shù)偏差信號(hào)產(chǎn)生偏差姿態(tài)四元數(shù)的偏差信號(hào)，結(jié)合兩個(gè)角速度偏差信號(hào)產(chǎn)生偏差角速度的偏差信號(hào)；

步驟5，根據(jù)步驟4中的偏差姿態(tài)四元數(shù)的偏差信號(hào)與偏差角速度的偏差信號(hào)，生成集群中多顆衛(wèi)星之間相互協(xié)同的控制力矩，并根據(jù)控制力矩對(duì)各個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)調(diào)控；多顆衛(wèi)星之間相互協(xié)同的控制力矩即生成集群中任意一個(gè)衛(wèi)星在集群中剩余的所有的能夠與其通信的衛(wèi)星的協(xié)同作用下的控制力矩；

步驟5中，所述集群中各顆衛(wèi)星之間相互協(xié)同的控制力矩具體為：

式中，L_ci為第i顆衛(wèi)星在集群中所有與第i顆衛(wèi)星存在通信的衛(wèi)星協(xié)同下的控制力矩；J為衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；l＝[l₁,l₂,l₃]^T，k_p，c_p，l_k，k＝1,2,3為正值標(biāo)量系數(shù)；為矢量飽和函數(shù)；a_ij為反映集群中衛(wèi)星i和衛(wèi)星j間信息交互的量；為第i顆衛(wèi)星的偏差姿態(tài)四元數(shù)信號(hào)；為第i顆衛(wèi)星與第j顆衛(wèi)星之間偏差姿態(tài)四元數(shù)的偏差信號(hào)，為偏差角速度的偏差信號(hào)，ω_ei為第i顆衛(wèi)星的偏差角速度信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述集群多星單目標(biāo)凝視姿態(tài)協(xié)同控制方法，其特征在于，步驟1中：

所述目標(biāo)點(diǎn)狀態(tài)為X_T＝[R_T,V_T]^T，R_T為空間目標(biāo)在地心慣性系中的位置，V_T為空間目標(biāo)的地心慣性系速度；

所述姿態(tài)四元數(shù)由衛(wèi)星體坐標(biāo)系相對(duì)地心慣性系定義，記為其中，q_is為標(biāo)部，其余為矢部分量；

所述角速度由衛(wèi)星體坐標(biāo)系相對(duì)地心慣性系定義，記為ω_i＝[ω_ix,ω_iy,ω_iz]^T；

所述軌道狀態(tài)為X_i＝[R_i,V_i]^T，R_i為衛(wèi)星的地心慣性系位置，V_i為衛(wèi)星的地心慣性系速度；

其中，i表示第i顆衛(wèi)星，i＝1,…,n，n為衛(wèi)星總數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述集群多星單目標(biāo)凝視姿態(tài)協(xié)同控制方法，其特征在于，步驟3中，

所述姿態(tài)四元數(shù)偏差信號(hào)為：

式中，為第i顆衛(wèi)星的偏差姿態(tài)四元數(shù)信號(hào)；為第i顆衛(wèi)星的期望姿態(tài)四元數(shù)；

所述角速度偏差信號(hào)為：

ω_ei＝ω_i-ω_ri

式中，ω_ei為第i顆衛(wèi)星的偏差角速度信號(hào)；ω_ri為第i顆衛(wèi)星的期望角速度；ω_i第i顆衛(wèi)星的角速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述集群多星單目標(biāo)凝視姿態(tài)協(xié)同控制方法，其特征在于，步驟4中，所述偏差姿態(tài)四元數(shù)的偏差信號(hào)為：

式中，為第i顆衛(wèi)星與第j顆衛(wèi)星之間偏差姿態(tài)四元數(shù)的偏差信號(hào)；為第i顆衛(wèi)星的姿態(tài)四元數(shù)偏差信號(hào)；為第j顆衛(wèi)星的姿態(tài)四元數(shù)偏差信號(hào)；i≤n、j≤n、i≠j。