[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

说明书

本发明提供一种集群多星单目标凝视姿态协同控制方法及系统，包括：获取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；获取集群中各个卫星的期望姿态四元数与期望角速度；对于集群中每一颗卫星，获取其姿态四元数偏差信号与角速度偏差信号；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；生成集群中多颗卫星之间相互协同的控制力矩。通过不同卫星之间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多颗卫星之间相互协同的控制力矩，达到多卫星协同控制的效果。本发明应用于天基态势感知领域。

技术领域

本发明涉及天基态势感知领域，尤其涉及一种集群多星单目标凝视姿态协同控制方法及系统。

背景技术

天基目标成像作为一种天基态势感知技术，具有较大的科学、商业和军事应用价值。天基目标凝视是指，通过在空间轨道上运行的卫星快速姿态机动，使固连于星体的相机光轴在一段时间内始终指向某空间轨道运动目标，以拍摄照片或视频的方式对目标进行遥感。目标可以是地面固定点或运动物体，也可以是空间缓慢运动天体(行星、恒星等)或快速运动目标(如空间碎片、其他人造卫星等)。另外，航天器集群飞行、协同控制是未来航天任务发展的必然趋势。由多个航天器组成的集群共同协作完成同一个任务目标，可以大大增强系统的功能和性能，提高其在复杂空间环境下的鲁棒性和易维护性，实现航天任务的长寿命和低成本。

集群飞行的多个航天器共同完成单一目标的凝视，必须考虑多星间的姿态协同控制问题。已有文献和方法均假设所有航天器的期望姿态和角速度均为某一常量或某一共同时变量，没有涉及各航天器均有不同期望姿态和角速度的情况，无法有效的达到多卫星协同控制的效果。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种集群多星单目标凝视姿态协同控制方法及系统。

其采用的技术方案是：

一种集群多星单目标凝视姿态协同控制方法，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，生成集群中各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。

作为上述技术方案的进一步改进，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；