[发明专利]无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法，通过建立惯量坐标系和本体坐标系，确定航天器的本体坐标系相对惯量坐标系的姿态，确定包含n个跟随者和1个领航者的航天器编队系统，描述航天器编队系统的通信拓扑结构，确定各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值，将分布式有限时间观测器作为跟随航天器的领航者，即有限时间观测器状态为各航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值，根据各航天器对领航者的角速度估计值和角加速度估计值、预先定义的姿态跟踪误差估计值以及预设的滤波辅助系统，设计无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制器，采用航天器姿态协同跟踪控制器对航天器姿态进行协同跟踪控制，以提高相应航天器姿态控制系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及多航天器编队飞行技术领域，尤其涉及一种无角速度反馈的航天器姿态 协同跟踪控制方法。

背景技术

伴随着天基测量、合成孔径成像、太空探测、长基线测量、远程通信等实际航天任务的需求，考虑到多个小型航天器编队解决了传统单个大型航天器所受有效载荷体积和质量等物理性能方面的约束，多航天器编队飞行研究得到迅速发展，姿态协同作为航天 器编队飞行基础技术，成为近年来研究的热点之一。

由于编队航天器所处复杂太空环境，航天器之间的通信会受到环境的制约，领航者 信息可能无法把参考信息传递给每一个跟随者，且考虑到节约通信资源，需采用仅有部分跟随者可获得领航者参考信息的通信拓扑。

此外，在多航天器编队任务中，航天器姿态协同控制一般采用姿态角位置和角速度 测量信息进行状态反馈控制。然而，由于航天器长期处于高低温、强辐射的太空环境下，角速率陀螺不可避免的会出现故障，同时，伴随着航天器低成本和小型化的要求，未来 的部分航天器将采用无角速率陀螺方案。因此，为了提高航天器姿态控制系统的鲁棒性， 有必要针对实际航天工程任务中航天器未配置角速率陀螺或角速率陀螺出现故障而导 致无法获取角速度信息的情况，研究不依赖于角速度信息的编队航天器姿态协同跟踪控 制策略。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法。

为实现本发明的目的，提供一种无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法，包 括如下步骤：

S10，建立惯量坐标系和本体坐标系，确定航天器的本体坐标系相对惯量坐标系的姿态；

S20，确定包含n个跟随者和1个领航者的航天器编队系统，使跟随者协同跟踪领航者；

S40，描述航天器编队系统的通信拓扑结构；所述通信拓扑结构包括一个领航者为根节点的有向生成树；

S50，根据所述通信拓扑结构确定各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值；

S60，根据各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值，设计分布式有限时间观测器，将所述分布式有限时间观测器作为跟随航天器 的领航者；所述分布式有限时间观测器用于对领航者信息进行观测，得到领航者观测轨 迹，即有限时间观测器状态为各航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速 度估计值；

S90，根据各航天器对领航者的角速度估计值和角加速度估计值、预先定义的姿态跟踪误差估计值以及预设的滤波辅助系统，设计无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制器τ_i，采用所述航天器姿态协同跟踪控制器τ_i对航天器姿态进行协同跟踪控制。

在一个实施例中，所述分布式有限时间观测器包括：