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编队卫星系统高精度实时测量和控制技术
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TP319, V474
  • 关键词:
  • 成果简介:
    分布式卫星星座的队形保持与协同控制是实现卫星编队飞行的核心技术。该课题开展编队卫星系统高精度实时测量和控制技术的研究。针对基于卫星编队实现5米综合孔径的项目目标,采用主从星的编队模式,完成卫星由生成编队、编队保持,至触发合成孔径成像的编队引导、导航与控制(guidance, navigation, control,GNC)的架构、算法及敏感器的开发。根据编队卫星飞行任务的GNC需求,研究生成卫星编队的轨迹优化与控制策略;研究基于飞秒激光绝对距离测量的卫星间相对导航技术;建立低时间抖动的飞秒激光脉冲序列作为主时钟信号,发布至从卫星,实现星间时间统一的实验演示装置;研究编队构型保持的控制方案,实现从卫星的六个自由度的姿态控制与闭环轨道控制,完成编队控制的约束指标,形成卫星编队飞行仿真软件系统。成果简介:(1)编队位置测量方面:根据测量精度要求,提出了基于飞秒激光绝对距离测量的基线长度测量方案以及基于视觉摄影测量的垂直于卫星编队平面的位移测量方案,该机器视觉技术同时起到协助编队构型收敛、引导基线测距激光光束瞄准合作靶标的作用。研发了星载飞秒激光绝对测距装置与视觉定位相机。其中,飞秒激光测距仪在2.5米的基线长度上,可实现1微米级的绝对测距精度。视觉定位相机通过识别靶标图案解算星间相对位置和姿态,得到垂直于卫星基线方向的定位误差优于50微米,沿卫星基线方向的定位误差小于1毫米,相机的采集刷新频率达150fps。(2)编队控制方面:针对项目要求的卫星编队合成孔径成像任务,制定了基于旋转分时成像的空间圆编队成像控制方案和水平圆编队成像控制方案。设计的空间圆编队能够实现巡天观测和固定目标观测,水平圆编队能够实现固定目标观测。在编队控制过程中,将编队控制结构划分为期望指令决策层和期望指令跟踪层。在期望指令决策层中,设计了对各个阶段的构型期望指令和姿态期望指令的计算算法;在期望指令跟踪层中,利用主从控制方式对编队构型运动模型和姿态模型进行了控制器设计。利用Matlab/simulink对两种成像方案进行了仿真。设计并开发了数值模拟仿真软件、三轴转台平台和三维视景仿真软件,分别实现了对所设计编队控制算法的实时仿真验证、对卫星姿态变化的真实模拟验证和卫星编队飞行过程的动态演示。(3)星间时间统一方面:设计了基于飞秒激光脉冲序列作为主时钟信号的星间高稳定度时间统一的原理验证方案。建立了具有亚飞秒时间分辨率的全光平衡互相关装置,用于实现高灵敏度的时钟比对,利用该装置比对了从星搭载的飞秒激光振荡器发射的超短激光脉冲序列与主时间基准之间的时间误差,并利用该误差信号反馈控制从星搭载的飞秒激光振荡器,使其与主时间基准达成了时间统一。已经在6.5小时的时间内实现小于100飞秒的时钟同步误差。
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