基於循環追蹤策略的衛星編隊構形重構研究

《基於循環追蹤策略的衛星編隊構形重構研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由楊希祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於循環追蹤策略的衛星編隊構形重構研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊希祥
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

衛星編隊飛行套用的日益廣泛使編隊構形重構面臨嚴峻挑戰，構形重構算法是構形重構研究的核心。隨著對編隊構形重構自主化要求的逐步提高，研究對衛星智慧型化程度要求低、可自動規劃路徑、星上計算量小、不受攝動力和大氣阻力干擾、可有效避免碰撞的重構算法成為關鍵而迫切的課題。本項研究創新性採用循環追蹤算法實現構形重構的上述目標，包括；提出採用循環追蹤算法解決編隊構形重構問題的思想，建立基於循環追蹤算法的三維空間編隊控制模型，設計兼具構形調整和集體定位功能的改進非線性循環追蹤算法，以此為基礎，分別採用衝量控制和連續小推力控制方式實現多種類型編隊構形重構，通過數值仿真和半實物仿真試驗驗證設計的算法和理論。本項研究將突破衛星編隊構形重構自主化發展態勢下構形重構算法面臨的新挑戰，形成基於循環追蹤策略的衛星編隊構形重構創新理論體系，為衛星編隊構形規劃與控制提供新的技術途徑。

結題摘要

衛星編隊飛行套用的日益廣泛使編隊構形重構面臨嚴峻挑戰，構形重構算法是構形重構研究的核心。隨著對編隊構形重構自主化要求的逐步提高，研究對衛星智慧型化程度要求低、可自動規劃路徑、星上計算量小、不受攝動力和大氣阻力干擾、可有效避免碰撞的重構算法成為關鍵而迫切的課題。本項研究創新性採用循環追蹤算法實現構形重構的上述目標，為衛星編隊構形規劃與控制提供新的技術途徑。 分別針對圓軌道和橢圓軌道編隊構形重構問題，建立了數學模型。提出了滿足衛星編隊構形自主重構要求、具有局部穩定性的構形重構控制算法。引入虛擬成員導引策略改進已有非線性循環追蹤控制算法，得到兼具構形調整、集體定位功能的虛擬成員導引非線性循環追蹤控制算法；根據兩種算法的矛盾性，調整參數設定，使定速的非線性循環追蹤、變速的非線性循環追蹤、虛擬成員導引定位三種算法的運動規律及其穩定性得到統一；套用所設計控制算法到全員運動，或成員之一的單員運動，得到編隊均可以達到期望構形的結論；對特徵值的分析證明，兩種受控方式下的系統均具有局部穩定性。 結合所設計算法，採用脈衝推力與連續小推力控制，對分散式衛星系統進行構形調整分析。提出平面內採用循環追蹤、繞飛面法向施行比例微分反饋的控制律設計方法；配合多脈衝與連續控制方案，對編隊向參考中心回收、編隊半徑大小調整、編隊相位調整以及線形編隊構形保持等任務進行了仿真分析；根據控制過程中循環追蹤算法與“虛擬燈塔”導引算法施行的制約性，給出了控制增益設定建議；由連續小推力一定範圍能量不足、循環追蹤鏈一處斷裂時的構形調整情況，得到所設計循環追蹤相關控制方法具有較高可靠性與穩定性的結論。 開展了循環追蹤算法地面試驗驗證研究，建立了試驗驗證系統，包括自主機器人、圖像識別系統、無線通信裝置、相關軟體等，對三個體和四個體地面循環追蹤典型任務場景進行了半實物仿真，仿真結果驗證了算法的可實現性和有效性。