[发明专利]一种基于地球轨道的卫星集群控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于地球轨道的卫星集群控制方法和系统，涉及卫星集群领域。该方法包括：构建预设卫星集群的SDR坐标系，所述SDR坐标系与所述预设卫星集群的类型相对应，对所述预设卫星集群进行密度估算，获得密度估算结果，根据所述密度估算结果获得密度反馈控制参数，并结合所述SDR坐标系获得控制参量，根据所述控制参量对所述预设卫星集群进行控制，本方案通过密度反馈控制算法可以使大规模卫星集群均匀分布至目标区域，且可应对大量卫星的失效与大量新卫星的补充，在控制过程中还能避免卫星之间的碰撞。解决了圆轨道与椭圆轨道上的大规模卫星集群控制问题，本方案可解决数百颗卫星的集群控制问题，鲁棒性强，且保证每个卫星的安全。

技术领域

本发明涉及卫星集群领域，尤其涉及一种基于地球轨道的卫星集群控制方法和系统。

背景技术

基于蜂群、鱼群等自然现象的启发，近年来多智能体集群逐渐兴起。相比于单个大型昂贵的执行器，在执行任务时，智能体集群具有高效、低成本、以及较强的容错能力与可扩展性等优势。而由于卫星的建造成本与发射成本高、维修困难，因此相比于传统的单个大卫星，卫星集群的优势更是弥足重要。另外，由于卫星集群突破了传统单个大卫星的空间体积约束，从而可以通过整个集群的合作实现很多单个卫星难以实现的任务，包括在轨组装、综合孔径探测等等。对于很多集群任务而言，卫星数量的增长可以显著提升很多任务的任务指标，同时提升集群的抗风险能力。

然而集群卫星数量的增长会使整个集群的状态空间维度增大，从而为集群运动描述与进一步的控制设计带来困难，还会造成状态空间的维度爆炸问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于地球轨道的卫星集群控制方法和系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于地球轨道的卫星集群控制方法，包括：

构建预设卫星集群的SDR坐标系，所述SDR坐标系与所述预设卫星集群的类型相对应；

对所述预设卫星集群进行密度估算，获得密度估算结果；

根据所述密度估算结果获得密度反馈控制参数，并结合所述SDR坐标系获得控制参量；

根据所述控制结果对所述预设卫星集群进行控制。

本发明的有益效果是：本方案通过改进的密度反馈控制算法可以使大规模卫星集群均匀分布至目标区域，且可应对大量卫星的失效与大量新卫星的补充，在控制过程中还能避免卫星之间的碰撞。

由于密度反馈控制仅能应用于稳定状态速度为0的动力学中，而卫星的相对运动动力学并不满足该条件。因此引入了SDR坐标系，将CW与TH模型的每一个周期解转化为SDR坐标系中的一个稳定点，从而可以将密度反馈控制应用于SDR坐标系中，来实现卫星集群的控制。

解决了圆轨道与椭圆轨道上的大规模卫星集群控制问题，并且可以避免碰撞，且支持新卫星的补充，本方案普适性强试行有效。另外，本方案可解决数百颗卫星的集群控制问题，鲁棒性强，且保证每个卫星的安全。

进一步地，所述S2具体包括：

根据当前时刻所述预设卫星集群中的每一颗卫星的子密度场进行叠加，获得所述预设卫星集群的第一密度分布估计；

在预设区域内根据预设分布特性计算预设卫星集群的第二密度分布估计；

结合所述第一密度分布估计和所述第二密度分布估计获得所述密度估算结果。

采用上述进一步方案的有益效果是：本方案通过当前密度估计函数即第一密度分布估计，以满足星间避撞的要求；

通过目标密度构建函数即第二密度分布估计，以满足大范围收敛的要求；