本發(fā)明涉及航天器參數(shù)辨識(shí)領(lǐng)域，具體涉及一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著空間技術(shù)的發(fā)展，以標(biāo)準(zhǔn)化、可重構(gòu)和系統(tǒng)彈性化為優(yōu)勢(shì)的空間細(xì)胞機(jī)器人在姿態(tài)接管、在軌服務(wù)、目標(biāo)探測(cè)等空間任務(wù)中受到越來越多的關(guān)注。在姿態(tài)接管任務(wù)中，多個(gè)空間細(xì)胞機(jī)器人與目標(biāo)航天器相固連形成組合體航天器，通過空間細(xì)胞機(jī)器人上的動(dòng)量輪等執(zhí)行機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)姿態(tài)的接管。由于目標(biāo)航天器可能是非合作的，其外型及幾何結(jié)構(gòu)不能預(yù)先獲知，在不同的任務(wù)中空間細(xì)胞機(jī)器人與之連接的構(gòu)型拓?fù)洳槐M相同。同時(shí)空間細(xì)胞機(jī)器人固連的姿態(tài)可能存在誤差，因此需要對(duì)空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)進(jìn)行辨識(shí)，以提高對(duì)組合體航天器的控制精度。

2、現(xiàn)有技術(shù)是基于角速度傳感器的測(cè)量值來辨識(shí)兩個(gè)空間目標(biāo)之間的相對(duì)姿態(tài)，但已公開的組合體航天器相對(duì)姿態(tài)辨別方法僅涉及小數(shù)目航天器之間的辨識(shí)，其在大量空間細(xì)胞機(jī)器人上的應(yīng)用面臨著通信壓力和計(jì)算壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

2、具備機(jī)動(dòng)能力的多個(gè)空間細(xì)胞機(jī)器人以一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與非合作目標(biāo)航天器相固連，形成一個(gè)組合體航天器。通過所有空間細(xì)胞機(jī)器人上的動(dòng)量輪相配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)組合體航天器的姿態(tài)控制。由于在不同的任務(wù)中空間細(xì)胞機(jī)器人與目標(biāo)航天器相連接的構(gòu)型拓?fù)洳槐M相同，同時(shí)空間細(xì)胞機(jī)器人固連的姿態(tài)可能存在誤差，空間細(xì)胞機(jī)器人之間的相對(duì)姿態(tài)不易獲知。

3、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，針對(duì)空間細(xì)胞機(jī)器人的分布式特性，設(shè)計(jì)基于細(xì)胞間通信拓?fù)涞膮?shù)辨識(shí)方法。

4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

5、一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，步驟如下：

6、步驟1：建立包含n個(gè)空間細(xì)胞機(jī)器人和組合體航天器的本體坐標(biāo)系；

7、步驟2：確定空間細(xì)胞機(jī)器人之間的通信拓?fù)滏溌?，繪制出所有n個(gè)空間細(xì)胞機(jī)器人之間的通信鏈路拓?fù)鋱D；

8、步驟3：通過分布式選舉算法，找到位于拓?fù)渲行奈恢玫募?xì)胞機(jī)器人，其能以最短信息鏈路完成與所有其他細(xì)胞機(jī)器人的通信；

9、步驟4：建立位于主節(jié)點(diǎn)上的空間細(xì)胞機(jī)器人和其他位置待辨識(shí)空間細(xì)胞機(jī)器人的角速度轉(zhuǎn)移矩陣表達(dá)式；

10、步驟5：采用帶約束條件的最小二乘法對(duì)轉(zhuǎn)移矩陣中的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。

11、本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：步驟3包括：

12、步驟s3.1：當(dāng)沒有l(wèi)eader節(jié)點(diǎn)，或leader節(jié)點(diǎn)宕機(jī)時(shí)，初始化選舉，將所有節(jié)點(diǎn)均設(shè)為follower狀態(tài)，并初始化term任期為0；

13、步驟s3.2：follower節(jié)點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到leader節(jié)點(diǎn)的心跳和candidate節(jié)點(diǎn)的投票請(qǐng)求request?vote，則其狀態(tài)轉(zhuǎn)化為candidate，term自增，并向所有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送投票請(qǐng)求；

14、步驟s3.3：當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到投票請(qǐng)求后，比較請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的term和自己的term，當(dāng)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的term大于自己的term，且自己尚未投票給其它節(jié)點(diǎn)時(shí)，則接受投票請(qǐng)求，把票投給該請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)；當(dāng)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的term小于自己的term，且自己尚未投票，則拒絕請(qǐng)求，將票投給自己；在每一輪選舉中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能投出一張票；

15、步驟s3.4，經(jīng)過一輪選舉后，若有一個(gè)candidate節(jié)點(diǎn)收到超過半數(shù)節(jié)點(diǎn)(n2+1)的投票，它將勝出并升級(jí)為leader節(jié)點(diǎn)，然后其定時(shí)發(fā)送心跳給其它的節(jié)點(diǎn)；其它節(jié)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)為follower節(jié)點(diǎn)并與leader節(jié)點(diǎn)保持同步，本輪選舉結(jié)束；若沒有candidate節(jié)點(diǎn)收到超過半數(shù)的投票，則開始下一輪選舉，直到選舉出一個(gè)leader節(jié)點(diǎn)。

16、本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述角速度轉(zhuǎn)移矩陣表達(dá)式為：

17、

18、其中，[ωitxωityωitz]t的三個(gè)元素分別表示第i個(gè)空間細(xì)胞機(jī)器人三軸的角速度測(cè)量值；[ω1txω1tyω1tz]t的三個(gè)元素分別表示作為主節(jié)點(diǎn)的空間細(xì)胞機(jī)器人三軸的角速度測(cè)量值，為待辨識(shí)矩陣。

19、一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于包括：一個(gè)或多個(gè)處理器，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序，其中，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)上述的方法。

20、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)上述的方法。

21、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)上述的方法。

22、本發(fā)明的有益效果在于：

23、本發(fā)明提供的一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，在實(shí)現(xiàn)對(duì)所有空間細(xì)胞機(jī)器人進(jìn)行相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)的前提下，使得通信鏈路最短。首先根據(jù)空間細(xì)胞機(jī)器人的數(shù)量及目標(biāo)航天器的幾何構(gòu)型選擇合適的細(xì)胞連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)信息鏈路拓?fù)溥x擇位于拓?fù)渲行奈恢玫募?xì)胞機(jī)器人本體坐標(biāo)系作為基坐標(biāo)系。然后根據(jù)各個(gè)細(xì)胞機(jī)器人和基細(xì)胞上角速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，采用遞推最小二乘法進(jìn)行本體坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣的辨識(shí)。從而給出空間細(xì)胞機(jī)器人的姿態(tài)辨識(shí)模型。本發(fā)明方法獲得空間細(xì)胞機(jī)器人本體坐標(biāo)系之間的變換矩陣，為每個(gè)細(xì)胞星上動(dòng)量輪的控制分配提供了依據(jù)。本發(fā)明辨識(shí)方法具有較高的辨識(shí)精度。

技術(shù)特征：

1.一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，步驟3包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，其特征在于，所述角速度轉(zhuǎn)移矩陣表達(dá)式為：

4.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于包括：一個(gè)或多個(gè)處理器，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序，其中，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法。

5.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法。

6.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述指令在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種非合作航天器固連空間細(xì)胞機(jī)器人的相對(duì)姿態(tài)辨識(shí)方法，涉及航天器參數(shù)辨識(shí)領(lǐng)域。首先根據(jù)空間細(xì)胞機(jī)器人的數(shù)量及目標(biāo)航天器的幾何構(gòu)型選擇合適的細(xì)胞連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)信息鏈路拓?fù)溥x擇位于拓?fù)渲行奈恢玫募?xì)胞機(jī)器人本體坐標(biāo)系作為基坐標(biāo)系。然后根據(jù)各個(gè)細(xì)胞機(jī)器人和基細(xì)胞上角速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，采用遞推最小二乘法進(jìn)行本體坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣的辨識(shí)。從而給出空間細(xì)胞機(jī)器人的姿態(tài)辨識(shí)模型。本發(fā)明方法獲得空間細(xì)胞機(jī)器人本體坐標(biāo)系之間的變換矩陣，為每個(gè)細(xì)胞星上動(dòng)量輪的控制分配提供了依據(jù)。本發(fā)明辨識(shí)方法具有較高的辨識(shí)精度。

技術(shù)研發(fā)人員：常海濤,朱庭西,黃攀峰,劉正雄,劉星,馬志強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11