[发明专利]一种航天器集群的成群判定方法

说明书

本发明公开一种航天器集群的成群判定方法，包括以下步骤：1，输入星间通信关系，建立多航天器间的通信拓扑子图；2，输入相对导航关系，建立多航天器间的相对导航拓扑子图；3，联合通信拓扑子图和相对导航拓扑子图，构建多航天器间的信息拓扑图；4，构建信息拓扑图对应的邻接矩阵，并通过有向生成树的存在性判定多航天器是否成群。本发明所建立的判定方法，同时考虑了星间通信与相对导航在多航天器构成集群问题中的本质等价性，因而更适合航天器集群的实际应用。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种航天器集群的成群条件判定方法。

背景技术

航天器集群是近年来航天领域新出现的一种分布式卫星系统概念。典型的航天器集群飞行计划有美国的F6计划、以色列的SAMSON计划等。尽管航天器集群的概念已产生了近十年，但集群的定义仍很模糊。现有航天器集群的描述体系中，通常将集群定义为“近距离伴飞”的一群航天器。然而，在工程实践中，经常会出现尽管距离很近但实际上不属于同一个集群的航天器。相反，即便一些航天器彼此之间离得很远，但它们能够通过航天器间通信的“多跳”保持信息的沟通，因而在本质上仍是同一个集群。这就说明，采用距离来界定多个航天器是否属于同一个集群是不严谨的。为此，有文献提出将航天器集群定义为“通过星间无线通信网络互联形成的多航天器分布式系统”。但这样的定义仍存在问题，因为星间通信并非构成集群的充要条件。已有文献指出，采用相对导航替代部分或全部星间通信也能实现集群飞行。对当前研究现状深入分析可知，造成集群定义模糊、不准确的主要原因在于没有给出多航天器成群的判定方法。所谓成群，即多个航天器构成同一个集群。由于缺乏这样的成群条件判断方法，这使得航天器集群的在轨应用存在诸多困难。

为克服上述问题，有必要建立一种有效的多航天器成群判定方法，通过对多航天器信息交互拓扑在数学上的定量计算实现多航天器是否成群的量化判定，从而为航天器集群飞行的在轨应用奠定基础。

发明内容

针对现有技术中无法有效完成多航天器成群判定的问题，本发明的目的在于提供一种航天器集群的成群判定方法，本发明的方法从而为航天器集群的在轨应用提供必要的理论基础，从而解决现有技术中不能量化确定多个航天器是否属于同一集群的困难。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种航天器集群的成群判定方法，包括步骤如下：

S1，获取星间通信关系，建立多航天器间的通信拓扑子图；

S2，获取相对导航关系，建立多航天器间的相对导航拓扑子图；

S3，联合通信拓扑子图和相对导航拓扑子图，构建多航天器间的信息拓扑图；

S4，构建信息拓扑图对应的邻接矩阵，并通过有向生成树的存在性判定多航天器是否成群。

所述S1中的通信拓扑子图是由代表航天器序号的节点构成的节点集合V与具有星间通信关系的边集合E₁联合形成的二元组G₁(V,E₁)；

其中，通信拓扑子图的节点集合V＝{v_i|i＝1,…,N}，其中N为航天器的数量，v_i表示节点，为1到N的自然数；通信拓扑子图的边集合E₁＝{e_ij|(v_i∈V；v_j∈V；i≠j)}，其中边e_ij表示节点v_i是否指向v_j进行了单向通信，若是则边e_ij＝1，否则e_ij＝0。

所述S2中的相对导航拓扑子图是由代表航天器序号的节点构成的节点集合V与具有相对导航关系的边集合E₂联合形成的二元组G₂(V,E₂)；