[发明专利]一种集群多星单目标凝视姿态协同控制方法及系统

权利要求书

1.一种集群多星单目标凝视姿态协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取当前时刻的目标点状态以及集群中各个卫星的实际姿态四元数、角速度、轨道状态；

步骤2，根据步骤1中的参数获取集群中各个卫星的期望姿态四元数与期望角速度；

步骤3，对于集群中每一颗卫星，结合其实际姿态四元数与期望姿态四元数产生姿态四元数偏差信号，结合其实际角速度与期望角速度产生角速度偏差信号；

步骤4，对于集群中任意两颗卫星，结合两个姿态四元数偏差信号产生偏差姿态四元数的偏差信号，结合两个角速度偏差信号产生偏差角速度的偏差信号；

步骤5，根据步骤4中的偏差姿态四元数的偏差信号与偏差角速度的偏差信号，生成集群中多颗卫星之间相互协同的控制力矩，并根据控制力矩对各个卫星进行姿态调控；多颗卫星之间相互协同的控制力矩即生成集群中任意一个卫星在集群中剩余的所有的能够与其通信的卫星的协同作用下的控制力矩；

步骤5中，所述集群中各颗卫星之间相互协同的控制力矩具体为：

式中，L_ci为第i颗卫星在集群中所有与第i颗卫星存在通信的卫星协同下的控制力矩；J为卫星的转动惯量；l＝[l₁,l₂,l₃]^T，k_p，c_p，l_k，k＝1,2,3为正值标量系数；为矢量饱和函数；a_ij为反映集群中卫星i和卫星j间信息交互的量；为第i颗卫星的偏差姿态四元数信号；为第i颗卫星与第j颗卫星之间偏差姿态四元数的偏差信号，为偏差角速度的偏差信号，ω_ei为第i颗卫星的偏差角速度信号。

2.根据权利要求1所述集群多星单目标凝视姿态协同控制方法，其特征在于，步骤1中：

所述目标点状态为X_T＝[R_T,V_T]^T，R_T为空间目标在地心惯性系中的位置，V_T为空间目标的地心惯性系速度；

所述姿态四元数由卫星体坐标系相对地心惯性系定义，记为其中，q_is为标部，其余为矢部分量；

所述角速度由卫星体坐标系相对地心惯性系定义，记为ω_i＝[ω_ix,ω_iy,ω_iz]^T；

所述轨道状态为X_i＝[R_i,V_i]^T，R_i为卫星的地心惯性系位置，V_i为卫星的地心惯性系速度；

其中，i表示第i颗卫星，i＝1,…,n，n为卫星总数。

3.根据权利要求1所述集群多星单目标凝视姿态协同控制方法，其特征在于，步骤3中，

所述姿态四元数偏差信号为：

式中，为第i颗卫星的偏差姿态四元数信号；为第i颗卫星的期望姿态四元数；

所述角速度偏差信号为：

ω_ei＝ω_i-ω_ri

式中，ω_ei为第i颗卫星的偏差角速度信号；ω_ri为第i颗卫星的期望角速度；ω_i第i颗卫星的角速度。

4.根据权利要求2或3所述集群多星单目标凝视姿态协同控制方法，其特征在于，步骤4中，所述偏差姿态四元数的偏差信号为：

式中，为第i颗卫星与第j颗卫星之间偏差姿态四元数的偏差信号；为第i颗卫星的姿态四元数偏差信号；为第j颗卫星的姿态四元数偏差信号；i≤n、j≤n、i≠j。