[发明专利]基于包含动态规避和阻尼特性人工势场法的卫星集群控制方法

权利要求书

1.一种基于包含动态规避和阻尼特性人工势场法的卫星集群控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，以主星为中心建立LVLH坐标系，以主星通信距离将主星周围空间划分成六个区域，其中，所述六个区域分别为禁飞区，强斥力区，斥力过渡区，自由飞行区，引力过渡区和强引力区，其中，在除所述禁飞区和所述自由飞行区以外的区域设置阻尼区，所述阻尼区覆盖于所述强斥力区、所述斥力过渡区、所述引力过渡区和所述强引力区；

步骤S2，确定当前主星通信区域内所有从星在所述LVLH坐标系下，从星相对主星的位置和速度；

步骤S3，确定包含主星和所有从星在内的卫星集群整体通信拓扑；

步骤S4，根据所述从星相对主星的位置和速度，确定从星在主星附近的具体区域，并执行以主星为中心的基于改进人工势场法的集群保持控制策略，其中，所述集群保持控制策略采用具有斥力过渡区和引力过渡区的改进的人工势场法，表达式为：

其中，ρ_i＝[x_i,y_i,z_i]为以主星为中心的LVLH坐标系下第i颗从星相对主星的位置，u_i1为斥力势函数，η_i1为斥力增益，d为主星安全距离外缘半径，r₁为斥力过渡区内缘半径，r₂为斥力过渡区外缘半径，u_i2为引力势函数，η_i2为引力增益，h为自由飞行区外缘半径，a₁为引力过渡区内缘半径，a₂为引力过渡区外缘半径，K_i1、K_i2为控制增益；

步骤S5，根据所述卫星集群整体通信拓扑得到卫星间的连接关系，并基于所述步骤S4执行基于包含动态规避的人工势场法的卫星集群防碰撞控制策略，具体表达式为：

其中，u_i3为采用人工势场法中常用的斥力函数，a_ij为集群通信拓扑邻接矩阵第i行，第j列的元素，η_i3为斥力增益，ρ_i＝[x_i,y_i,z_i]为以主星为中心的LVLH坐标系下第i颗从星相对主星的位置，ρ_j＝[x_j,y_j,z_j]为以主星为中心的LVLH坐标系下第j颗从星相对主星的位置矢量，d_i为第i颗卫星安全距离外缘半径，D_i为第i颗从星人工势场的作用半径，u_i4为采用基于从星间相对速度的动态人工势场控制器，K_i3、K_i4为控制增益，η_i4为斥力增益，为LVLH坐标系下第i颗从星相对主星的速度矢量，为LVLH坐标系下第j颗从星相对主星的速度矢量；

步骤S6，根据所述步骤S5确定新加入集群的卫星，并采用基于包含阻尼特性的人工势场法的控制策略，具体表达式为：

其中，u_i5为阻尼控制器，K_i5为控制增益，η_i5为阻尼系数，为LVLH坐标系下第i颗从星相对主星的速度矢量，d为主星安全距离外缘半径，ρ_i＝[x_i,y_i,z_i]为以主星为中心的LVLH坐标系下第i颗从星相对主星的位置，r₂为斥力过渡区外缘半径，h为自由飞行区外缘半径，a₂为引力过渡区外缘半径。