一种多航天器分布式协同编队控制方法与流程

技术特征：
1.一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：定义地心惯性坐标系，以地心惯性坐标系为基准建立当地垂直当地水平坐标系即lvlh坐标系；根据lvlh坐标系建立多航天器运动动力学方程，多航天器运动动力学方程包括至少两个航天器；根据lvlh坐标系和多航天器运动动力学方程定义任务目标，任务目标包括第一任务目标和第二任务目标；第一任务目标包括队形构造及保持任务目标，第二任务目标包括队形构造、队形保持以及弹道跟踪目标；设计第一势函数和第二势函数，第一势函数包括避免航天器间相互碰撞和保持拓扑连通性的势函数，第二势函数包括避障碍势函数；根据第一任务目标、第一势函数和第二势函数设计第一制导律，第一制导律包括多航天器队形构造与保持制导律；根据第二任务目标、第一势函数和第二势函数设计第二制导律，第二制导律包括多航天器弹道跟踪制导律；根据第一制导律和/或第二制导律完成多航天器分布式协同编队控制。2.根据权利要求1所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：多航天器队形构造与保持制导律包括避撞和拓扑连通性保持项、避障项、队形构造与保持项和编队行进速度项。3.根据权利要求1所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：多航天器弹道跟踪制导律包括避撞和拓扑连通性保持项、避障项、队形构造与保持项和弹道跟踪项。4.根据权利要求1或2所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：多航天器队形构造与保持制导律其中，为避撞和拓扑连通性保持项，为避障项，为队形构造与保持项，
‑
(v
i
‑
v
d
)为编队行进速度项，为多航天器队形构造与保持制导律，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,n，n为多航天器编队中的航天器总数，p
i
为第i个航天器在lvlh坐标系中的位置，为避免航天器间相互碰撞和保持拓扑连通性的势函数，||p
ij
||为第i个航天器和第j个航天器之间的相对距离，k＝1,2,
…
,m，m为障碍物数量，为第k个障碍物在第i个航天器的排斥区的集合，δ
ik
为用于保证多航天器编队系统稳定性的自适应矩阵，为第i个航天器和第k个障碍物间的避障碍势函数，o
k
(k∈[1，2，
…
，m])为第k个障碍物的位置，n
i
为第i个航天器的邻接航天器集合，p
ij
为第i个航天器和第j个航天器的当前相对位置矢量，为第i个航天器在lvlh坐标系中的期望位置，v
i
为第i个航天器的当前速度，v
j
为第j个航天器的当前速度，v
d
为期望的多航天器编队行进速度。5.根据权利要求1或3所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：所述多航天器弹道跟踪制导律
其中，为避撞和通讯拓扑连通性保持项，为避障项，为队形构造与保持项，为弹道跟踪项，v
t
为参考弹道的速度，为参考弹道的加速度，p
it
为第i个航天器和目标的当前相对位置矢量，为第i个航天器和目标期望相对位置矢量。6.根据权利要求1所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：避免航天器间相互碰撞和保持拓扑连通性的势函数其中，为为第i个航天器和第j个航天器间的最小容许相对距离，为第i个航天器和第j个航天器间的最大通讯距离，为第i个航天器在lvlh坐标系中的期望位置，为第j个航天器在lvlh坐标系中的期望位置。7.根据权利要求1所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：避障碍势函数其中，为第i个航天器和第k个障碍物间的最小容许相对距离，为第i个航天器和第k个障碍物间可产生相互排斥力的最大距离。8.根据权利要求1所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：队形构造及保持任务目标包括
9.根据权利要求1所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：队形构造、队形保持以及弹道跟踪目标包括其中p
it
为第i个航天器和目标的当前相对位置矢量，为第i个航天器和目标期望相对位置矢量，v
t
为目标速度。10.根据权利要求4所述的一种多航天器分布式协同编队控制方法，其特征在于：用于保证多航天器编队系统稳定性的自适应矩阵其中，γ
i
为一个正常数，为一个正常数，为的伪逆。

技术总结
本发明提供了一种多航天器分布式协同编队控制方法，该方法包括建立坐标系；建立多运动动力学方程；定义任务目标，第一任务目标包括队形构造及保持任务目标，第二任务目标包括队形构造、队形保持以及弹道跟踪目标；设计第一势函数和第二势函数，第一势函数包括避免航天器间相互碰撞和保持拓扑连通性的势函数，第二势函数包括避障碍势函数；设计第一制导律，第一制导律包括多航天器队形构造与保持制导律；设计第二制导律，第二制导律包括多航天器弹道跟踪制导律；根据第一制导律和/或第二制导律完成多航天器分布式协同编队控制。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中缺乏能够同时实现避撞、避障和拓扑连通性保持的多航天器编队跟踪控制方案。编队跟踪控制方案。编队跟踪控制方案。


技术研发人员：陈万春 陈中原 王鹏
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.06.17
技术公布日：2021/9/17