本发明涉及一种组网卫星自主编队飞行控制方法，适用于批量组网组网卫星入轨初期编队飞行的批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法。
背景技术：
目前，组网组网卫星主要采用星载gnss导航系统，组网组网卫星在入轨初期不能做到常开机的状态，甚至部分微小组网卫星为了保证组网卫星能源安全在入轨初期不开gnss。如果组网卫星在入轨初期无法得到gnss数据，同时发射方提供星箭分离点的轨道信息存在较大误差的话，轨初期密集星群容易发生碰撞风险，造成不必要损失。
技术实现要素：
本发明公开了一种批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法，该方法利用采用gps gnss 激光雷达融合定位方案，实现绝对轨道确定和相对碰撞安全性确定；采用去中心化的区域自组织通信网络进行信息交换，通过基于人工智能的组网卫星集群编队控制算法，实现自组织的初始轨道修正与相互间的轨道相位调整。
进一步，该方法具体包括以下步骤：
s1)通过gps组网卫星采集批量的组网组网卫星的gps数据信息；s2)通过星载gnss导航系统采集批量的组网组网卫星的位置数据信息；
s3)通过激光雷达采集批量的组网组网卫星的位置数据信息；
s4)将s1)-s3)采集的数据信息进行融合，确定绝对轨道确定和相对碰撞安全性；
s5)通过基于人工智能的组网卫星集群编队控制算法，实现自组织的初始轨道修正与相互间的轨道相位调整，实现自主编队飞行控制。
进一步，
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的控制方法可以.确保入轨初期密集星群不发生碰撞风险。星群自动修正初始轨道偏差，向标准轨道靠拢。进行自组织的轨道相位调整，变为先后有序的飞行队列，以便地面测控跟踪控制。
附图说明
图1为本发明一种批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明一种批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法，该方法具体包括以下步骤：
s1)通过gps组网卫星采集批量的组网组网卫星的gps数据信息；s2)通过星载gnss导航系统采集批量的组网组网卫星的位置数据信息；
s3)通过激光雷达采集批量的组网组网卫星的位置数据信息；
s4)将s1)-s3)采集的数据信息进行融合，确定绝对轨道确定和相对碰撞安全性；
s5)通过基于人工智能的组网卫星集群编队控制算法，实现自组织的初始轨道修正与相互间的轨道相位调整，实现自主编队飞行控制。
所述s1)的具体步骤为：
s1.1)利用星载gps接收机能够得到相邻的组网组网卫星绝对轨道gps数据，即相邻的组网组网卫星相对地心的位置速度(wgs84坐标系)；
s1.2)将相邻的组网组网卫星绝对轨道gps数据通过坐标系转换得到惯性系下的位置速度，再转换为相邻的组网组网卫星瞬时轨道根数和相邻的组网组网卫星平根数；
s1.3)将相邻的组网组网卫星绝对位置速度与相对位置速度相“加”，通过平半长轴差与平偏心率矢量差确定两星轨道平面内的相对运动形状，通过平倾角矢量差得到轨道平面外的相对运动形状，确认gps位置信息。
进一步，所述s2)的具体步骤为：
s2.1)首先对gnss/mins组合导航系统进行初始化，初始化包括位置和姿态的初始化；
s2.2实时导航过程中记录估计磁强计误差所需要的数据，包括磁强计的实时输出和磁强计的理论输出值；具体为：设定磁强计的数学模型为：
式中，m矩阵代表磁强计的误差矩阵，其中对角线元素对应磁强计的比例因子误差，非对角线元素代表磁强计的交轴耦合误差，bmx,bmy,bmz分别代表磁强计x,y,z轴的零偏误差；
设定某一时刻载体的姿态信息为[φ1θ1ψ1]，则在该时刻磁强计输出的理论值表示为：其中，m′1代表当地磁场在b系中的投影，即磁强计的理论输出值，mbx1,mby1,mbz1依次代表当地磁场在磁强计x，y，z上的分量，为载体坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵，cθ、cφ、cψ依次代表横滚角、俯仰角以及航向角的余弦值，sθ、sφ、sψ依次代表横滚、俯仰以及航向角的正弦值，mn为地磁场在导航坐标系的投影；得到多组磁强计输出的理论值：
同时记录载体对应的[φiθiψi]角度时的磁强计的实际输出，组成如下所示的观测矩阵ui:其中mxi,myi,mzi依次代表磁强计x，y，z轴的输出；
s2.3)根据s2.1)记录的磁强计的实时输出和磁强计的理论输出值通过最小二乘方法实时计算磁强计的误差,所述的磁强计的误差包括磁强计零偏、比例因子以及交轴耦合误差；
s2.4)当gnss信号中断时，先用s2.3)中计算得到的磁强计的误差补偿磁强计输出，再利用补偿后磁强计信息辅助组合导航系统的航向。
进一步，所述s3的具体步骤为：
s3.1)根据组网卫星导航位置信息，利用状态卡方和残差卡方混合检测方法进行数据分析处理，对渐变型故障进行检测和辨识，当组网卫星导航无渐变型故障时，进行步骤4；
s3.2)系统切入惯性/组网卫星组合导航模式，利用卡尔曼滤波算法进行时间更新和量测更新，对第k采样时刻的组网卫星导航信息进行融合，输出校正后的机体位置、速度和姿态信息；
s3.3)，由惯导系统第k采样时刻载体坐标系b到导航坐标系n的姿态矩阵速度信息和位置信息利用滑动存储的第k采样时刻陀螺仪信息和加速度计信息进行惯导回溯算法，得第k-1采样时刻的机体姿态矩阵速度和位置步骤6，进行卡尔曼滤波器回溯算法，由第k-1采样时刻惯导解算的位置信息利用滑动存储的第k-1采样时刻的组网卫星导航的位置信息得第k-1采样时刻的卡尔曼回溯量测信息：
s3.4)，由第k采样时刻卡尔曼滤波器的状态估计和状态估计均方误差pk，进行时间回溯更新，递推第k-1采样时刻的状态一步预测和状态一步预测均方误差pk-1/k：其中，φk/k-1为第k-1采样时刻到第k采样时刻的卡尔曼滤波器的状态一步转移矩阵；γk-1为第k-1采样时刻系统噪声驱动矩阵；qk-1为第k-1采样时刻系统噪声矩阵；
s3.5)由回溯量测信息和时间回溯更新，进行卡尔曼量测回溯更新：pk-1＝(i-kk-1hk-1)pk-1/k
其中，kk-1为第k-1采样时刻滤波增益矩阵；hk-1为第k-1采样时刻量测矩阵；rk-1为第k-1采样时刻量测噪声矩阵；i为单位矩阵；
s3.5)根据卡尔曼回溯算法得到的误差估计量对惯导回溯解算的第k-1采样时刻对应位置信息进行反馈，得到未融合第k-1采样时刻组网卫星渐变型故障信息的姿态矩阵速度和位置，利用存储在[tk-m,tk]时间段内故障点到第k采样时刻的陀螺仪和加速度计信息，进行纯惯导正向追溯解算，递推到第k采样时刻，输出隔离组网卫星历史故障信息后的机体姿态、速度和位置信息。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
以上对本申请实施例所提供的一种批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
1.一种批量组网组网卫星入轨初期自主编队飞行控制方法，其特征在于，该方法利用采用gps gnss 激光雷达融合定位方案，实现绝对轨道确定和相对碰撞安全性确定；采用去中心化的区域自组织通信网络进行信息交换，通过基于人工智能的组网卫星集群编队控制算法，实现自组织的初始轨道修正与相互间的轨道相位调整。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
s1)通过gps组网卫星采集批量的组网组网卫星的gps数据信息；
s2)通过星载gnss导航系统采集批量的组网组网卫星的位置数据信息；
s3)通过激光雷达采集批量的组网组网卫星的位置数据信息；
s4)将s1)-s3)采集的数据信息进行融合，确定绝对轨道确定和相对碰撞安全性；
s5)通过基于人工智能的组网卫星集群编队控制算法，实现自组织的初始轨道修正与相互间的轨道相位调整，实现自主编队飞行控制。
3.根据权利要求2所述的控制方法，所述s1)的具体步骤为：
s1.1)利用星载gps接收机能够得到相邻的组网组网卫星绝对轨道gps数据，即相邻的组网组网卫星相对地心的位置速度(wgs84坐标系)；
s1.2)将相邻的组网组网卫星绝对轨道gps数据通过坐标系转换得到惯性系下的位置速度，再转换为相邻的组网组网卫星瞬时轨道根数和相邻的组网组网卫星平根数；
s1.3)将相邻的组网组网卫星绝对位置速度与相对位置速度相“加”，通过平半长轴差与平偏心率矢量差确定两星轨道平面内的相对运动形状，通过平倾角矢量差得到轨道平面外的相对运动形状，确认gps位置信息。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述s2)的具体步骤为：
s2.1)首先对gnss/mins组合导航系统进行初始化，初始化包括位置和姿态的初始化；
s2.2实时导航过程中记录估计磁强计误差所需要的数据，包括磁强计的实时输出和磁强计的理论输出值；具体为：设定磁强计的数学模型为：
式中，m矩阵代表磁强计的误差矩阵，其中对角线元素对应磁强计的比例因子误差，非对角线元素代表磁强计的交轴耦合误差，bmx,bmy,bmz分别代表磁强计x,y,z轴的零偏误差；
设定某一时刻载体的姿态信息为[φ1θ1ψ1]，则在该时刻磁强计输出的理论值表示为：其中，m′1代表当地磁场在b系中的投影，即磁强计的理论输出值，mbx1,mby1,mbz1依次代表当地磁场在磁强计x，y，z上的分量，为载体坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵，cθ、cφ、cψ依次代表横滚角、俯仰角以及航向角的余弦值，sθ、sφ、sψ依次代表横滚、俯仰以及航向角的正弦值，mn为地磁场在导航坐标系的投影；得到多组磁强计输出的理论值：
同时记录载体对应的[φiθiψi]角度时的磁强计的实际输出，组成如下所示的观测矩阵ui:其中mxi,myi,mzi依次代表磁强计x，y，z轴的输出；
s2.3)根据s2.1)记录的磁强计的实时输出和磁强计的理论输出值通过最小二乘方法实时计算磁强计的误差,所述的磁强计的误差包括磁强计零偏、比例因子以及交轴耦合误差；
s2.4)当gnss信号中断时，先用s2.3)中计算得到的磁强计的误差补偿磁强计输出，再利用补偿后磁强计信息辅助组合导航系统的航向。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述s3的具体步骤为：
s3.1)根据组网卫星导航位置信息，利用状态卡方和残差卡方混合检测方法进行数据分析处理，对渐变型故障进行检测和辨识，当组网卫星导航无渐变型故障时，进行步骤4；
s3.2)系统切入惯性/组网卫星组合导航模式，利用卡尔曼滤波算法进行时间更新和量测更新，对第k采样时刻的组网卫星导航信息进行融合，输出校正后的机体位置、速度和姿态信息；
s3.3)由惯导系统第k采样时刻载体坐标系b到导航坐标系n的姿态矩阵速度信息和位置信息利用滑动存储的第k采样时刻陀螺仪信息和加速度计信息进行惯导回溯算法，得第k-1采样时刻的机体姿态矩阵速度和位置步骤6，进行卡尔曼滤波器回溯算法，由第k-1采样时刻惯导解算的位置信息利用滑动存储的第k-1采样时刻的组网卫星导航的位置信息得第k-1采样时刻的卡尔曼回溯量测信息：
s3.4)由第k采样时刻卡尔曼滤波器的状态估计和状态估计均方误差pk，进行时间回溯更新，递推第k-1采样时刻的状态一步预测和状态一步预测均方误差pk-1/k：其中，φk/k-1为第k-1采样时刻到第k采样时刻的卡尔曼滤波器的状态一步转移矩阵；γk-1为第k-1采样时刻系统噪声驱动矩阵；qk-1为第k-1采样时刻系统噪声矩阵；
s3.5)由回溯量测信息和时间回溯更新，进行卡尔曼量测回溯更新：pk-1＝(i-kk-1hk-1)pk-1/k
其中，kk-1为第k-1采样时刻滤波增益矩阵；hk-1为第k-1采样时刻量测矩阵；rk-1为第k-1采样时刻量测噪声矩阵；i为单位矩阵；
s3.5)根据卡尔曼回溯算法得到的误差估计量对惯导回溯解算的第k-1采样时刻对应位置信息进行反馈，得到未融合第k-1采样时刻组网卫星渐变型故障信息的姿态矩阵速度和位置，利用存储在[tk-m,tk]时间段内故障点到第k采样时刻的陀螺仪和加速度计信息，进行纯惯导正向追溯解算，递推到第k采样时刻，输出隔离组网卫星历史故障信息后的机体姿态、速度和位置信息。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现根据权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
技术总结