[发明专利]基于状态感知的分离模块航天器系统和自组网方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于状态感知的分离模块航天器系统以及各模块航天器间的自组网方法。

背景技术

分离模块航天器(Fractionated Spacecraft)是近年国际航天界提出并发展成为热点的一种新型航天器形式，它采用结构化分离设计思想，将传统航天器按功能划分为多个异构的模块航天器，这些模块航天器在空间集群飞行，通过无线自组织网络互联，构成一个虚拟航天器系统。

模块航天器集群无线组网是分离模块航天器系统赖以实现的关键支撑技术之一。现有的空间组网技术大多针对卫星星座系统，如Iridium等通信卫星星座系统。这些卫星星座网络主要用于用户业务数据的传递，它具有典型的骨干数据网特征，服务的目标是提供大容量、高带宽、可靠的端到端数据交付。分离模块航天器网络则主要用于模块航天器集群内部时间同步、相对测量、导航与控制等运行管理信息的交互，它具有典型的协同控制网特点，即强调网络通信的鲁棒性及自组织能力。此外，分离模块航天器集群可扩展、功能可重构的运行特点还要求该网络具有较强的动态自适应能力，以支持模块航天器节点自主加入、退出集群网络，以及进行故障情况下的自主网络重构，这些特点都是现有卫星星座网络不具备的。基于上述分析可见，分离模块航天器集群组网与现有主要面向卫星星座系统的空间组网具有截然不同应用背景和技术要求，因此现有的空间组网技术不适用于分离模块航天器集群自适应组网应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明一方面提供了一种基于状态感知的分离模块航天器系统，该系统中各模块航天器组成集群网络，具有较强的自组织和自适应能力；

本发明另一方面提供了一种基于状态感知的分离模块航天器的自组网方法，实现了模块航天器间集群网络的组网。

为解决上述技术问题，本发明的技术如下：

一方面，本发明提供了一种基于状态感知的分离模块航天器系统，包括：多个模块航天器，各所述模块航天器根据与其他模块航天器间的交互进行网络状态转换形成集群网络；所述网络状态包括主节点状态、从节点状态和候补主节点状态。

进一步的，所述模块航天器包括用于进行交互的通信组件、及根据所述交互结果控制网络状态的在轨计算机。

进一步的，所述模块航天器根据所述交互进行网络状态转换的过程为：

所述主节点状态模块航天器通过与所述从节点模块航天器间的交互控制所述从节点模块航天器保持所述从节点状态或转入所述候补主节点状态；

所述主节点状态模块航天器通过与所述候补主节点状态模块航天器间的交互控制所述候补主节点状态模块航天器保持所述候补主节点状态或转入所述主节点状态。

进一步的，所述网络状态还包括通信故障状态，当所述模块航天器发生故障时，则转入通信故障状态，并退出所述集群网络。

进一步的，所述网络状态还包括独立节点状态，所述模块航天器初始阶段处于所述独立节点状态，并通过与所述主节点状态模块航天器的交互完成网络注册，转入所述从节点状态。

进一步的，所述模块航天器还包括功能模块，并利用所述功能模块在所述集群网络中完成进行功能操作。

另一方面，本发明提供了一种基于状态感知的分离模块航天器的自组网方法，模块航天器通过相互交互确定在各自网络状态并在各网络状态间进行转换，组成集群网络；所述网络状态包括主节点状态、从节点状态和候补主节点状态。

进一步的，所述集群网络中具有一个所述主节点状态模块航天器和一个所述候补节点状态模块航天器；

所述从节点状态模块航天器根据与所述主节点状态模块航天器的交互保持所述从节点状态或转入所述候补节点状态；

所述补节点状态模块航天器根据与所述主节点状态模块航天器的交互保持所述候补节点状态或转入主节点状态。

进一步的，所述网络状态还包括独立节点状态，初始加入所述集群网络中的模块航天器处于独立节点状态，并通过与所述主节点状态模块航天器的交互结果转入所述从节点状态。

进一步的，所述网络状态还包括通信故障状态，当所述模块航天器发生故障时，则转入通信故障状态，退出所述集群网络。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用本发明组建的分离模块航天器集群网络，其中各模块航天器能够根据对自身运行状态及通过交互获得其他模块航天器运行状态，进行网络状态间的装换，从而可形成由不同分离模块航天器组成的集群网络，该集群网络具有自组织和自适应的能力。