北京航空航天大学乔建忠获国家专利权
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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种通信资源受限情形下的航天器集群姿轨协同控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116812170B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-16发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310815543.8,技术领域涉及:B64G1/24;该发明授权一种通信资源受限情形下的航天器集群姿轨协同控制方法是由乔建忠;廖雪璐;王陈亮;朱玉凯;孟岩设计研发完成,并于2023-07-05向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种通信资源受限情形下的航天器集群姿轨协同控制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种通信资源受限情形下的航天器集群姿轨协同控制方法,针对通信资源受限情形下航天器集群高精度姿轨协同抗干扰控制问题,首先,针对包含跟随航天器的刚性航天器集群系统,建立考虑推进器安装误差的跟随航天器姿轨耦合模型;其次,设计事件触发机制,以实现航天器控制器与执行器之间的不连续通信,降低通信资源损耗;再次,考虑到燃料消耗等因素会导致航天器的惯量和质量存在不确定性,设计自适应参数估计律,得到航天器惯量和质量参数的估计值;最后,基于事件触发机制以及参数估计值,设计航天器姿轨协同控制器,确保所有跟随航天器形成预定的轨道构型,并达到姿态一致。本发明提供的方法具有协同控制精度高、通信能耗低的特点。
本发明授权一种通信资源受限情形下的航天器集群姿轨协同控制方法在权利要求书中公布了:1.一种通信资源受限情形下的航天器集群姿轨协同控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 第一步,针对包含跟随航天器的刚性航天器集群系统,基于航天器的姿态和轨道模型,建立跟随航天器姿轨耦合模型;利用代数图论描述航天器集群系统的动态通信拓扑结构,考虑由n个跟随航天器组成的航天器集群系统, 首先,定义如下记号:表示实数向量的集合;表示实数矩阵的集合;表示对角矩阵;表示标准符号函数;为的单位矩阵;表示元素属于集合;表示集合的所有元素都是集合的元素;表示向量的欧几里德范数;表示向量对时间的一阶导数;表示向量对时间的二阶导数;表示矩阵或者向量的转置矩阵;表示矩阵的逆矩阵;对向量而言,表示以下斜对称矩阵: 定义关于的操作算子为: 跟随航天器的姿态模型用修正罗德里格参数表示为: , 其中,是跟随航天器的修正罗德里格参数,用于表示跟随航天器的本体坐标系相对于惯性坐标系的方向;表示跟随航天器本体坐标系相对于惯性坐标系的角速度;为跟随航天器的转动惯量矩阵;为跟随航天器执行机构提供的控制力矩;为平移偏移矢量;为跟随航天器在本体坐标系下的平移控制力;定义为: 将跟随航天器的姿态模型重写为: 其中,、、均为中间变量,具体形式为,,; 在参考航天器轨道坐标系下,跟随航天器相对于参考航天器的轨道位置向量表示为,相对速度向量表示为;假设参考航天器不受控制力的作用,考虑到跟随航天器姿态动力学对其轨道动力学的影响,跟随航天器相对于参考航天器的轨道模型表示为: 其中, ,,,表示跟随航天器的质量,表示参考航天器与地心的距离,是参考航天器所在轨道的真近点角,表示跟随航天器与地心的距离,是地球引力常数,是跟随航天器的本体坐标系到参考航天器轨道坐标系的旋转矩阵,其表示姿态动力学对轨道动力学的影响,具体形式为: 其中,是惯性坐标系到跟随航天器本体坐标系的旋转矩阵;表示惯性坐标系到参考航天器轨道坐标系的旋转矩阵;,和分别表示参考航天器所在轨道的近地点角距、轨道倾角和升交点赤经; 由跟随航天器的姿态和轨道模型,可以得到跟随航天器的六自由度姿轨耦合模型: 其中,中间变量形式为,,,,,; 采用切换图描述集群内部航天器之间的动态通信拓扑,其中表示通信拓扑的切换信号,其取值集合;表示航天器组成的节点集;表示航天器通信关系形成的边集;具体来说,是右连续函数,并且对于任意,其中,,,存在使得;节点集中的节点表示领导者,节点表示跟随航天器;时刻,当且仅当跟随航天器可以获取到跟随航天器的信息,边属于边集,其中,; 跟随者的邻居集定义为,其中邻居集包含了在时刻能够向跟随者发送信息的所有航天器,这些航天器也被称作跟随者的邻居航天器;定义切换图的邻接矩阵,其中若,那么,否则;考虑到实际应用中航天器不存在向自身发送信息的情况,; 第二步,针对第一步建立的跟随航天器姿轨耦合模型,设计事件触发机制,以描述跟随航天器控制器与执行器之间的不连续通信; 第三步,针对第一步建立的跟随航天器姿轨耦合模型,设计自适应参数估计律,得到跟随航天器惯量和质量的估计值; 第四步,基于第二步设计的事件触发机制以及第三步得到的惯量和质量估计值,设计航天器姿轨协同抗干扰控制器,确保所有跟随航天器形成预定的轨道构型,并达到姿态一致,完成通信资源受限情形下航天器集群高精度姿轨协同控制方法。
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