[发明专利]一种基于智能移动机器人的多微纳探测器组网联合演示验证系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种组网联合演示验证系统，适用于多探测器组网编队探测新概念技术的理论方法和工程应用技术的研究，以及微纳探测器组网联合演示验证。

背景技术

进入21世纪，关于微纳卫星及其应用研究已进入了一个新的阶段。作为微纳卫星应用的一个重要方面，微纳卫星的编队飞行技术也被普遍认为是未来微纳卫星应用模式的必然趋势。相对于传统的单颗卫星而言，多颗微纳卫星组成的分布式传感器系统能够有更好的灵活性和冗余度，可以降低任务失败的风险；与传统的单颗大卫星比较，小卫星编队飞行能够在近地轨道为科学实验提供单颗大卫星很难实现的分布式空间平台。同时，随着微纳卫星技术的进一步发展及单颗卫星标准化平台的建立，完成编队飞行系统的组合时间必然缩短。微纳卫星编队飞行不但可极大地提升执行太空任务的能力，同时也将开辟许多新的空间应用领域。如何面对天基诸多小卫星编队的在轨飞行控制和大量的星地测控与通信是地面测控中心所面临的新问题。虽然目前已经有大量的空间任务在使用或正在考虑使用微纳卫星编队飞行技术，但仅就目前而言，更多的卫星编队飞行研究的着力点依然在于系统的验证与探索上。

由于微纳卫星编队飞行系统的可靠性高并可采用冗余设计，国际上出现了许多采用微纳卫星编队飞行来实施深空探测的任务。美国航宇局、欧空局、加拿大航天局和日本宇宙航空研究开发机构等纷纷提出了相应的深空探测计划。目前，多微纳探测器间组网通信及协同控制技术仍然是实现深空多微纳探测器组网编队的关键核心技术之一，是深空探测科学实验的技术瓶颈。微纳探测器的通信系统不仅要满足低功耗、小体积、低质量的要求，还必须满足同一科学任务对编队组网不同构型要求的通信网络拓扑结构间的组网通信，以最终实现多微纳探测器间的协同控制。因此，为确保科学探测任务的完成，为研究多探测器编队组网新概念技术提供基础条件保障，以及进行多微纳探测器编队组网通信、协同控制技术演示验证，构建编队组网地面演示验证系统是解决以上问题最为有效的途径。但是，目前微纳卫星编队组网演示验证和试验探索中仍有很多缺陷与不足：(1)传统验证手段大都采用计算机仿真验证，虽然能够进行基本功能验证，但对真实系统部件的误差性能无法有效验证；(2)飞行组网验证成本高昂、周期长、效率低；(3)卫星编队组网带来大量实时数据和控制指令的传播与处理，传统的控制方式和数据处理很难很好地满足多星编队组网的需要；(4)星间过多地进行控制调整通信及姿态与位置的调整，增加了星务管理分系统的数据处理压力等。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服以上不足，提供一种验证协同控制技术和卫星组网编队技术的基于智能移动机器人的多微纳探测器组网联合演示验证系统。

本发明的技术解决方案是：一种基于智能移动机器人的多微纳探测器组网联合演示验证系统，包括显示终端(1)、协同控制模型库(2)、地面协同控制工作站(3)、星上无线通信设备模拟器(4)、智能移动机器人(5)、GPS接收机(6)和视觉导航设备(7)；星上无线通信设备模拟器(4)、智能移动机器人(5)、GPS接收机(6)和视觉导航设备(7)各为n个，星上无线通信设备模拟器(4)、GPS接收机(6)和视觉导航设备(7)分别装载在n个智能移动机器人(5)上，其中：

协同控制模型库(2)装有构建智能机器人位置信息和轨控信息的控制算法和控制模型，包括实现智能机器人队形保持、变换和重构功能的复合分层抗干扰控制算法，多目标优化算法，复合分层抗干扰控制模型，多目标优化模型；协同控制模型库(2)根据地面协同控制工作站(3)的决策结果和控制策略提供给相应的控制算法和控制模型；

地面协同控制工作站(3)控制整个系统的协同工作、智能机器人队形变换和保持；地面协同控制工作站(3)根据当前环境信息对整个编队任务过程进行设计决策，根据决策结果采取相应的控制策略和协同控制模型库(2)中相应的控制算法；另外，智能移动机器人(5)将各自状态信息回传给地面协同控制工作站(3)，使地面协同控制工作站(3)根据当前环境的动态变化以及智能移动机器人(5)的状态信息对任务进行重新设计和规划，对各个智能移动机器人进行重新调度，控制整个系统的通信，并根据协同任务需要，控制智能移动机器人保持和改变队形；

星上无线通信设备模拟器(4)通过设备模拟太空中卫星间信息传递过程，基于n个智能移动机器人(5)验证星间数据发送和接收能力，为智能移动机器人(5)与地面协同控制工作站(3)之间提供通信链路；