论文部分内容阅读
作为编队飞行卫星自主相对导航与控制的重要组成部分,相对姿态自主确定与控制对提高编队的自主性和生存能力,减轻地面的工作负担具有重要意义。本文以“微小卫星编队飞行演示验证方案论证”为研究背景,深入研究了基于类GPS相对测量的星间相对姿态确定方案和算法,设计了编队飞行卫星Multi-Agent体系结构与协同工作流程和策略及相对姿态协同控制算法。具体工作如下:首先,着重研究了两种编队卫星相对姿态自主确定方案。方案一,在星间无相对测量时,由卫星自身携带的姿态敏感器实现单星高精度姿态确定,利用星间通信链路进行信息交互,通过简单的数学计算获得星间相对姿态;方案二,利用类GPS相对测量,建立了编队卫星相对轨道运动和相对姿态运动模型及相对距离测量方程,推导了两点相对轨道运动模型,设计了扩展卡尔曼滤波器及Uscented卡尔曼滤波器,对相对位置、速度和姿态进行估计。仿真结果表明,这两种方案皆能提供较为精确的相对姿态;其次,针对编队飞行卫星自主运行与管理的需求,本文从Agent概念出发,分析了将Agent技术应用于卫星编队的优势,研究了基于Multi-Agent的卫星编队垂直分层体系结构,详细描述了各层中每个子Agent的功能,给出了卫星编队协同工作的一般流程,研究了一种完全分布式的编队飞行卫星协同控制策略;最后,根据以上的协同控制策略,考虑到多数编队任务对星间相对姿态控制精度有着较高的要求,本文以双星编队激光通信为例,在编队卫星间的相对位置和姿态已知的情况下,设计了两种完全分布式的控制律:基于目标视线的卫星编队相对姿态比例微分协同控制律和变结构协同控制律,并利用李雅普诺夫原理证明了控制律的稳定性。仿真结果表明,这两种控制律能够在存在各种干扰力矩及卫星模型的不确定性的情况下,有效地提高编队卫星相对姿态控制精度。