[发明专利]一种星群协同控制地面仿真系统

说明书

本发明公开了一种星群协同控制地面仿真系统，包含通信连接的数学模拟子系统与物理模拟子系统；所述数学模拟子系统用于根据总体任务生成任务指令数学仿真星群全员全状态的动力学和运动学，并根据数学模拟子系统内部实时反馈的星群仿真数据及物理模拟子系统实时反馈的卫星模拟数据实时协同控制星群的在轨运动；所述物理模拟子系统用于根据数学模拟子系统生成的任务指令物理模拟星群中任意颗卫星间的相对动力学和动力学，并实时采集卫星模拟数据发送至所述数学模拟子系统。本发明采用数学和物理联合仿真实验的方式，实现了大规模星群的协同控制，解决了大规模星群地面试验真实性差的问题。

技术领域

本发明涉及微纳卫星集群飞行地面验证技术，尤其涉及一种星群协同控制地面仿真系统。

背景技术

国内外众多正在研究中的航天器编队非常重视关键技术的地面验证工作，特别是编队航天器的地面仿真验证系统的开发，建立了不同形式、不同仿真目的的全物理/半物理仿真系统，以降低系统研制风险和研制成本。关于小尺度航天器编队的地面仿真验证方法和系统，已经陆续开发和建立了可以自主进行硬件配置的三自由度物理仿真系统，其仍然存在姿态维度受限的不足，无法满足大尺度航天器编队协同控制验证的要求。

针对地面上人工智能集群的自组织控制方法，安梅岩提出了一种在实验室环境下低成本建立人工智能集群控制演示验证系统的方法。该方法以4个探测移动平台组成机动自组织探测集群，对基于人工势场法的自组织控制策略进行演示验证。美国伊利诺伊大学采用4架无人机组成移动集群，分别验证其SCP、MPC-SCP和SATO集群避障算法。

无论上述哪种仿真系统，均仅针对2～4颗航天器(物理成员)组成的小规模航天器(物理成员)编队仿真验证需求，对于大规模航天器集群的自组织网络、协调控制等技术的验证存在严重局限性。

发明内容

本发明提出了一种星群协同控制地面仿真系统，采用数学和物理联合仿真试验的方式，可以有效的解决大规模星群地面试验真实性差的问题，此外，还可应用于大规模星群协同控制的地面试验验证方面。

为了达到上述目的，本发明提出了一种星群协同控制地面仿真系统，包含通信连接的数学模拟子系统与物理模拟子系统；

所述数学模拟子系统用于根据总体任务生成任务指令数学仿真星群全员全状态的动力学和运动学，并根据数学模拟子系统内部实时反馈的星群仿真数据及物理模拟子系统实时反馈的卫星模拟数据实时协同控制星群的在轨运动；

所述物理模拟子系统用于根据数学模拟子系统生成的任务指令以物理模拟星群中任意颗卫星间的相对动力学和动力学，并实时采集卫星模拟数据发送至所述数学模拟子系统。

进一步地，所述的数学模拟子系统包含：总体规划计算机，以及与总体规划计算机通信连接的星群模拟计算机；

所述总体规划计算机用于根据总体任务生成任务指令发送至所述星群模拟计算机，并接收星群模拟计算机实时反馈的星群仿真数据，所述总体任务规划计算机还用于将所述任务指令以及星群仿真数据发送至所述物理模拟子系统，并接收物理模拟子系统实时反馈的卫星模拟数据，以实时协同控制星群的在轨运动；

所述星群模拟计算机用于根据所述总体规划计算机下发的任务指令数学仿真模拟各类数学星群全员全状态的动力学与运动学，并将星群的姿轨状态仿真数据实时反馈给所述总体规划计算机。

进一步地，所述的数学模拟子系统还包含：视景仿真单元，所述视景仿真单元与所述总体规划计算机通信连接，用于根据星群模拟计算机实时反馈的仿真数据及物理模拟子系统实时反馈的模拟数据实时显示星群的在轨运动。

进一步地，所述的星群模拟计算机包括但不限于：观测星群模拟计算机、附着星群模拟计算机以及中继星星群模拟计算机。

进一步地，所述的物理模拟子系统包括相互通信连接的试验综合控制台、两个运动模拟器以及运动测量单元；