[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: 長沙國科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明提供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)，包括：獲取目標(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)；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；對(duì)于集群中每一顆衛(wèi)星，獲取其姿態(tài)四元數(shù)偏差信號(hào)與角速度偏差信號(hào)；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)；生成集群中多顆衛(wèi)星之間相互協(xié)同的控制力矩。通過不同衛(wèi)星之間的偏差姿態(tài)四元數(shù)的偏差信號(hào)與偏差角速度的偏差信號(hào)生成多顆衛(wèi)星之間相互協(xié)同的控制力矩，達(dá)到多衛(wèi)星協(xié)同控制的效果。本發(fā)明應(yīng)用于天基態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天基態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域，尤其涉及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)。

背景技術(shù)

天基目標(biāo)成像作為一種天基態(tài)勢(shì)感知技術(shù)，具有較大的科學(xué)、商業(yè)和軍事應(yīng)用價(jià)值。天基目標(biāo)凝視是指，通過在空間軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)，使固連于星體的相機(jī)光軸在一段時(shí)間內(nèi)始終指向某空間軌道運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，以拍攝照片或視頻的方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遙感。目標(biāo)可以是地面固定點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)物體，也可以是空間緩慢運(yùn)動(dòng)天體(行星、恒星等)或快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(如空間碎片、其他人造衛(wèi)星等)。另外，航天器集群飛行、協(xié)同控制是未來航天任務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由多個(gè)航天器組成的集群共同協(xié)作完成同一個(gè)任務(wù)目標(biāo)，可以大大增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和性能，提高其在復(fù)雜空間環(huán)境下的魯棒性和易維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)航天任務(wù)的長壽命和低成本。

集群飛行的多個(gè)航天器共同完成單一目標(biāo)的凝視，必須考慮多星間的姿態(tài)協(xié)同控制問題。已有文獻(xiàn)和方法均假設(shè)所有航天器的期望姿態(tài)和角速度均為某一常量或某一共同時(shí)變量，沒有涉及各航天器均有不同期望姿態(tài)和角速度的情況，無法有效的達(dá)到多衛(wèi)星協(xié)同控制的效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供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)。

其采用的技術(shù)方案是：

一種集群多星單目標(biāo)凝視姿態(tài)協(xié)同控制方法，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)，生成集群中各顆衛(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。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，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；