分布式卫星构形调整的协同规划研究

为降低分布式卫星系统构形调整规划的求解复杂性,提出一种协同规划策略,将构形最优调整问题划分为两层规划问题,包括整体协同的星位分配与首星位相位优化的顶层规划,以及各卫星自身调整策略优化的底层规划。通过响应面模型表达两层规划的耦合,以顶层规划驱动响应面的更新,顶层规划和底层规划交替迭代执行,重点探索有价值的区域,逐步接近最优解和达到高的求解精度。以多星多冲量构形调整问题验证协同规划策略的有效性,建立了相关模型,以低计算代价获得了示例问题的满意构形调整策略。提出的协同规划策略明显降低了问题求解的复杂度,大大减少了计算开销,且易于并行执行,为充分利用各卫星的计算资源实现自主规划提供了有价值的思路。

微小卫星集群协同观测构形调整规划

以微小卫星集群实现小行星探测为背景,研究局部信息交互的空间目标观测任务构形调整.针对难以直接求取集群构形调整的全局最优解问题,利用通信协调图,将全局协调决策分解成多个局部求解问题,并引入强化学习机制实现求解.针对集群全局协调决策问题,通过设计基于Max-plus算法的全局协调决策算法来实现全局协作;针对单星局部优化问题,设计基于神经网络的局部Q学习算法来实现单星动作调整规划.仿真结果表明,本文所提的协作规划算法能自主有效地将集群调整至期望构形,实现协同观测任务.

卫星编队构形多冲量调整优化研究

建立了卫星编队多冲量构形调整的优化模型,给出了期望构形约束的表达和处理方式。在约束处理方式和优化方法的不同组合下,对两个示例问题进行了多次优化求解和对比分析。结果表明:传统优化方法不能有效搜索复杂多冲量构形最优调整问题的最优解,而进化算法在期望构形约束满足精度上存在不足;先基于进化算法作全局搜索、再利用传统优化方法提高解的局部最优性是很好的方法,能够获得燃料最优性和约束满足精度都很高的解;对于期望构形约束的处理,传统优化适宜采用最终时刻状态偏差方式,而进化优化采用全周期最大状态偏差方式较好。

基于循环追踪控制的卫星编队构形调整控制律设计

卫星编队控制问题中,分布式控制优于主从式控制,在编队控制中应用日益广泛。提出了一种基于循环追踪算法的分布式控制策略,分析了该方法的优势。由于循环追踪算法存在编队中心由初始几何中心固定并与运动过程无关的弱点,引进了虚拟灯塔导引进行联合控制实现编队中心可变。建立了三维空间相对运动数学模型,设计非线性循环追踪算法与虚拟灯塔导引联合控制律,对全员联合控制与单星联合控制其余卫星采用非线性循环追踪控制两种方案的计算结果进行比较。结果表明,全员联合控制律的控制方案优于仅单星采用联合控制的方案,两种方案均可实现卫星编队按指定构形运动。

分布式卫星系统关键技术发展综述

分布式卫星系统在功能上等同于一颗虚拟的大型卫星．已经成为当前航天领域的研究热点和发展方向；本文对支撑分布式卫星系统发展的关键技术及其研究进展进行了系统的综述．其中包括小卫星技术．自主协作运行技术．构形调整技术和仿真支撑平台等，通过对关键技术的理论和应用分析．总结了分布式卫星系统相对于单颗大卫星所具有的诸多优势。