CN113071713A - 卫星磁矩的分配方法和装置 - Google Patents

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CN113071713A CN202110263562.5A CN202110263562A CN113071713A CN 113071713 A CN113071713 A CN 113071713A CN 202110263562 A CN202110263562 A CN 202110263562A CN 113071713 A CN113071713 A CN 113071713A
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Abstract

本发明涉及航天技术领域，提供一种卫星磁矩的分配方法和装置，包括：获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵；获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。本发明不受坐标系变化影响，并且采取未简化的远场电磁力模型，避免了数值算法带来的计算时间过长、资源消耗过多等问题。

Description

卫星磁矩的分配方法和装置
技术领域
本发明涉及磁矩分配技术领域，尤其涉及一种卫星磁矩的分配方法和装置。
背景技术
电磁编队系统的基本思想是将卫星编队成员等效为可自由调节磁偶极矩矢量的“磁铁”，通过改变它们的磁场关系实现队形重构。由于线圈和姿态控制器均由电流驱动，而产生电流的能量可以从太阳能帆板获取，故编队飞行中相对轨道和姿态的维持或改变不需要消耗任何燃料，并且不存在液体晃动和光学测量器件污染等各种问题。只要其有足够的电能，便可以保证相对构型的改变和维持，所以特别适合于长时间的卫星编队任务。
磁矩分配，是根据所需电磁力合理分配各卫星的控制磁矩(或控制电流)。最早Schweighart提出“自由磁偶极子”概念，自由磁偶极子解法是将电磁编队中一个卫星的磁矩设置为随机非零的数值，再利用牛顿法和同伦延拓法等数值解法，通过磁偶极子间的相互作用力方程组求解其他磁偶极子。同伦延拓法可以系统地找出满足方程的所有解，但是计算量相对较大，根本思想均采用自由磁偶极子法进行磁矩分配。Ahsun等针对多颗电磁编队卫星的情况，将控制分配问题转换为一个优化问题，优化了地磁场干扰力矩。Abbott等利用序列二次规划方法进行求解磁矩，使线圈功耗最小。
但是这些数值求解算法都增加了星上计算的难度，没有充分考虑到工程应用中的卫星计算机资源的限制，并且电磁力模型采取了简化的共轴情况，不具有普适性。
发明内容
基于上述原因，本发明实施例提供一种卫星磁矩的分配方法和装置。
本发明实施例的第一方面，提供一种卫星磁矩的分配方法，包括：
获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵；
获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
可选的，在所述根据所述距离信息和所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型之前，还包括：
在所述距离信息大于线圈半径的预设倍数时，根据所述距离信息个所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
其中，所述线圈半径为每个所述卫星上安装的环状超导线圈的半径。
可选的，所述根据所述距离信息和所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型，包括：通过
Figure BDA0002971089180000021
得到远场模式下卫星2对卫星1的电磁力
Figure BDA0002971089180000022
其中，
Figure BDA0002971089180000023
为卫星1与卫星2的距离矢量，d为
Figure BDA0002971089180000024
的模，
Figure BDA0002971089180000025
为卫星1的磁偶极子强度，
Figure BDA0002971089180000026
为卫星2的磁偶极子强度，μ0为真空磁导率。
可选的，所述根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵，包括：
将所述距离信息
Figure BDA0002971089180000027
旋转和缩放成单位矢量，并计算缩放比例；
根据
Figure BDA0002971089180000028
计算卫星磁矩分配的转移矩阵A，使
Figure BDA0002971089180000029
其中，γ＝|d|-1为所述缩放比例，|d|为
Figure BDA00029710891800000210
的模，v为所述单位矢量，
Figure BDA00029710891800000211
为在参考系
Figure BDA00029710891800000212
中的所述距离信息，
Figure BDA00029710891800000213
为在参考系
Figure BDA00029710891800000214
中的单位法向量。
可选的，所述获取卫星之间的电磁力，包括：
通过协同控制算法获取卫星之间的电磁力矢量
Figure BDA00029710891800000215
可选的，所述基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，包括：
根据
Figure BDA0002971089180000031
对每个所述磁偶极子信息进行约束；其中，
Figure BDA0002971089180000032
为所述卫星电磁力模型，
Figure BDA0002971089180000033
为所述电磁力。
可选的，所述根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果，包括：
令η1＝Aμ1，η2＝Aμ2，并带入所述卫星电磁力模型：
Figure BDA0002971089180000034
得到
Figure BDA0002971089180000035
其中，A为所述转移矩阵，v为所述单位矢量；
令
Figure BDA0002971089180000036
得到
J＝-(η1 Tη2)v-(η1 Tv)η2-(η2 Tv)η1+5(η1 Tv)(η2 Tv)v；
令
Figure BDA0002971089180000037
得到
Figure BDA0002971089180000038
根据所述电磁力计算
Figure BDA0002971089180000039
并根据所述约束得到非线性方程组：
Figure BDA0002971089180000041
解所述非线性方程组得出η1和η2，并根据η1＝Aμ1，η2＝Aμ2得出卫星1和卫星2在参考系
Figure BDA0002971089180000042
下的磁矩分配结果：
Figure BDA0002971089180000043
本发明实施例的第二方面，提供一种卫星磁矩的分配装置，包括：
约束模型建立模块，用于获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
转移矩阵计算模块，用于根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵；
磁矩分配模块，用于获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
本发明实施例的第三方面，提供一种卫星磁矩的分配装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例的第一方面提供的任一项所述的卫星磁矩的分配方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例的第一方面提供的任一项所述的卫星磁矩的分配方法的步骤。
本发明实施例的卫星磁矩的分配方法和装置与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明先获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型，不受坐标系变化影响，并且采取未简化的远场电磁力模型；然后根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵；获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，最后根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果，实现磁矩的合理分配，避免了数值算法带来的计算时间过长、资源消耗过多等问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种卫星磁矩的分配方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的两颗磁偶极子相对位置的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种卫星磁矩的分配装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种卫星磁矩的分配装置的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，为本实施例提供的卫星磁矩的分配方法的一个实施例实现流程示意图，详述如下：
步骤S101，获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型。
具体的，本实施例可以先分析卫星磁矩分配本质：电磁编队控制通常需要根据已知的相对电磁力反解控制磁矩，磁偶极子分配则根据控制律所需的电磁力合理分配各卫星的控制电流，最终实现对卫星相对运动的控制。磁矩求解方法，需要充分考虑卫星的差异性和工程应用的限制，根据卫星的能力实现磁矩的合理分配，因此本实施例提出的解析方法能为电磁卫星编队资源的高效利用提供有效途径。
另外，每颗卫星外面均可以包裹三个正交的电磁线圈，磁偶极子由卫星上的线圈产生。当电磁线圈通电后，各线圈可产生方向垂直于线圈平面的磁矩，其大小由通过线圈的电流控制，因此三个相互正交的通电线圈理论上就能够产生任意大小与任意方向的磁矩矢量μ。实际上μ也可等效由一个在三维空间自由旋转的单电磁线圈产生。
可选的，本实施例在所述根据所述距离信息和所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型之前，还包括：
在所述距离信息大于线圈半径的预设倍数时，根据所述距离信息个所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
其中，所述线圈半径为每个所述卫星上安装的环状超导线圈的半径。
可选的，所述根据所述距离信息和所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型，包括：通过
Figure BDA0002971089180000061
得到远场模式下卫星2对卫星1的电磁力
Figure BDA0002971089180000062
即
Figure BDA0002971089180000063
代表磁偶极子2受到的来自磁偶极子1的力；其中，
Figure BDA0002971089180000064
为卫星1与卫星2的距离矢量，即从磁偶极子1中心指向磁偶极子2中心的矢量，如图2，d为
Figure BDA0002971089180000065
的模，
Figure BDA0002971089180000066
Figure BDA0002971089180000067
为卫星1的磁偶极子强度，
Figure BDA0002971089180000068
为卫星2的磁偶极子强度，μ0为真空磁导率，例如μ0＝4π×10-7N·A-2＝4π×10-7T·m·A-1。
具体的，本实施例先建立远场模式下卫星电磁力模型。卫星安装三轴正交环状超导线圈用于产生电磁场，每个卫星安装的超导线圈相同，载流线圈相互作用产生电磁力，编队飞行设计中，可以在卫星间距大于线圈半径的6-8倍时，给出远场模式下卫星2对卫星1的电磁力表达式，即远场模式下卫星电磁力模型。
步骤S102，根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵。
可选的，本实施例的步骤S102中所述的根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵，包括：
将所述距离信息
Figure BDA0002971089180000069
旋转和缩放成单位矢量，并计算缩放比例；
根据
Figure BDA00029710891800000610
计算卫星磁矩分配的转移矩阵A，使
Figure BDA00029710891800000611
其中，γ＝|d|-1为所述缩放比例，|d|为
Figure BDA0002971089180000071
的模，v为所述单位矢量，
Figure BDA0002971089180000072
为在参考系
Figure BDA0002971089180000073
中的所述距离信息，
Figure BDA0002971089180000074
为在参考系
Figure BDA0002971089180000075
中的单位法向量。
具体的，根据卫星电磁力约束模型的卫星电磁力约束，本实施例给出一种磁矩分配过程中转移矩阵计算方法。首先，建立变量并初始化：例如通过红外测距或者SAR测距等方式获取卫星1和卫星2之间的矢量距离
Figure BDA0002971089180000076
(距离信息)，记|d|为距离的模；当相对距离
Figure BDA0002971089180000077
给定后，把
Figure BDA0002971089180000078
旋转和缩放成单位矢量，特别的，记单位矢量为：
Figure BDA0002971089180000079
然后计算缩放比例为γ＝|d|-1。
进一步地，找到包含相对位置矢量的任意平面，记其单位法向量为
Figure BDA00029710891800000710
表达在参考系
Figure BDA00029710891800000711
中为
Figure BDA00029710891800000712
表达在参考系
Figure BDA00029710891800000713
中为
Figure BDA00029710891800000714
例如，
Figure BDA00029710891800000715
可以是轨道坐标系(或惯性坐标系)，
Figure BDA00029710891800000716
则是平面运动坐标系。借助测量等手段，
Figure BDA00029710891800000717
是可以实时确定的，例如首先在
Figure BDA00029710891800000718
参考系确定位置矢量
Figure BDA00029710891800000719
即在
Figure BDA00029710891800000720
参考系中两个磁偶极子的相对位置矢量
Figure BDA00029710891800000721
然后
Figure BDA00029710891800000722
是位置相对平面的单位法向量，可任意选择。比如在某个参考系中，d＝(10,4,0),则可选
Figure BDA00029710891800000723
且已知
Figure BDA00029710891800000724
另外，据右手坐标系，补充另一个向量，记为
Figure BDA00029710891800000725
(表示和
Figure BDA00029710891800000726
垂直以及和距离
Figure BDA00029710891800000727
垂直的向量，记为
Figure BDA00029710891800000728
)，有：
Figure BDA00029710891800000729
Figure BDA00029710891800000730
表示在
Figure BDA00029710891800000731
参考系中两个磁偶极子的相对位置矢量；
最后计算转移矩阵A以使A满足
Figure BDA00029710891800000732
亦即，d＝γ-1ATv。
步骤S103，获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
可选的，本实施例可以通过协同控制算法获取卫星之间的电磁力矢量
Figure BDA00029710891800000733
可选的，本实施例的步骤S103所述的基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，包括：
根据
Figure BDA0002971089180000081
对每个所述磁偶极子信息进行约束；其中，
Figure BDA0002971089180000082
为所述卫星电磁力模型，
Figure BDA0002971089180000083
为所述电磁力。
具体的，本实施例将将磁矩分配问题转换为非线性方程组求解问题。依据微分规则：
对f＝μ1 Tμ2，有
Figure BDA0002971089180000084
对f＝(μ1 Tμ2)d，有
Figure BDA0002971089180000085
对g＝rTf(μ1)，其中，f＝(μ1 Tμ2)d，有
Figure BDA0002971089180000086
进一步地，将卫星电磁力模型按照微分规则，得出：
Figure BDA0002971089180000087
Figure BDA0002971089180000088
然后，通过协同控制算法等获取双星之间电磁力矢量
Figure BDA0002971089180000089
这里本实施例可以给定的一个期望的合理的电磁力，比如F＝1e-6*[3；5；8]。
根据双星磁矩
Figure BDA00029710891800000810
满足如下约束方程：
Figure BDA00029710891800000811
可选的，所述根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果，包括：
令η1＝Aμ1，η2＝Aμ2，并带入所述卫星电磁力模型：
Figure BDA0002971089180000091
得到
Figure BDA0002971089180000092
其中，A为所述转移矩阵，v为所述单位矢量，即本实施例通过换元法实现基于电磁力的磁矩分配的解析方法。
再度换元，令
Figure BDA0002971089180000093
得到
J＝-(η1 Tη2)v-(η1 Tv)η2-(η2 Tv)η1+5(η1 Tv)(η2 Tv)v；
令
Figure BDA0002971089180000094
将J＝-(η1 Tη2)v-(η1 Tv)η2-(η2 Tv)η1+5(η1 Tv)(η2 Tv)v展开为分量形式，得到
Figure BDA0002971089180000095
根据所述电磁力，采用J＝-(η1 Tη2)v-(η1 Tv)η2-(η2 Tv)η1+5(η1 Tv)(η2 Tv)v，计算
Figure BDA0002971089180000096
带入
Figure BDA0002971089180000097
得到非线性方程组：
Figure BDA0002971089180000098
解所述非线性方程组得出η1和η2，并根据η1＝Aμ1，η2＝Aμ2得出卫星1和卫星2在参考系
Figure BDA0002971089180000101
下的磁矩分配结果：
Figure BDA0002971089180000102
示例性的，给定双星之间电磁力矢量
Figure BDA0002971089180000103
相对距离矢量
Figure BDA0002971089180000104
Figure BDA0002971089180000105
当给定其中一个卫星的磁矩u2＝1e3*[2；1；-3]；则按
Figure BDA0002971089180000106
给出另一个卫星磁矩：u1＝[-102.8184；42.5123；53.7615]；
如果令两颗卫星磁矩相等，则按
Figure BDA0002971089180000107
计算出两颗卫星磁矩：u1＝u2＝[192.9282；352.1534；578.9098]，两种情况通过反解带回卫星电磁力模型，均可以验证解析方法的正确性。
上述基于电磁力的卫星磁矩分配的解析方法，将磁矩分配问题转化为非线性方程组求解问题，通过分析卫星磁矩分配本质、建立远场模式下卫星电磁力模型，给出了一种磁矩分配过程中转移矩阵计算方法，通过换元法将磁矩分配问题转换为显示方程组求解问题，为卫星磁矩后续的优化分配提供了解析方法，避免了数值算法带来的计算时间过长、资源消耗过多等问题，不受坐标系变化影响，并且采取未简化的远场电磁力模型，双星磁偶极子无论共轴与否，本实施例的方法均适用，更具有工程实用价值；并且，本实施例通过仿真分析指定一个磁矩和假设两卫星磁矩大小相等两种情况的磁矩分配，验证了解析方法的正确性，适用于解决电磁编队卫星的磁矩分配问题，为后续各种条件下的电流分配提供了显示解析求解方法，以节约星上计算机处理时间，节省星载资源空间，对于卫星编队系统具有重要价值。
本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的卫星磁矩的分配方法，本实施例提供了一种卫星磁矩的分配装置。具体参见图3，为本实施例中卫星磁矩的分配装置的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。
所述卫星磁矩的分配装置主要包括：约束模型建立模块110、转移矩阵计算模块120和磁矩分配模块130。
约束模型建立模块110用于获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型。
转移矩阵计算模块120用于根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵。
磁矩分配模块130用于获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
上述卫星磁矩的分配装置得到了每个卫星磁矩的分配结果，不受坐标系变化影响，并且采取未简化的远场电磁力模型，避免了数值算法带来的计算时间过长、资源消耗过多等问题。
本实施例还提供了一种卫星磁矩的分配装置100的示意图。如图4所示，该实施例的卫星磁矩的分配装置100包括：处理器140、存储器150以及存储在所述存储器150中并可在所述处理器140上运行的计算机程序151，例如卫星磁矩的分配方法的程序。
其中，处理器140在执行存储器150上所述计算机程序151时实现上述卫星磁矩的分配方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至103。或者，所述处理器140执行所述计算机程序151时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块110至130的功能。
示例性的，所述计算机程序151可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器150中，并由所述处理器140执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序151在所述卫星磁矩的分配装置100中的执行过程。例如，所述计算机程序151可以被分割成约束模型建立模块110、转移矩阵计算模块120和磁矩分配模块130，各模块具体功能如下：
约束模型建立模块110用于获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型。
转移矩阵计算模块120用于根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵。
磁矩分配模块130用于获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
所述卫星磁矩的分配装置100可包括，但不仅限于处理器140、存储器150。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是卫星磁矩的分配装置100的示例，并不构成对卫星磁矩的分配装置100的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述卫星磁矩的分配装置100还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器140可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器150可以是所述卫星磁矩的分配装置100的内部存储单元，例如卫星磁矩的分配装置100的硬盘或内存。所述存储器150也可以是所述卫星磁矩的分配装置100的外部存储设备，例如所述卫星磁矩的分配装置100上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器150还可以既包括所述卫星磁矩的分配装置100的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器150用于存储所述计算机程序以及所述卫星磁矩的分配装置100所需的其他程序和数据。所述存储器150还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模型的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星磁矩的分配方法，其特征在于，包括：
获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵；
获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
2.如权利要求1所述的卫星磁矩的分配方法，其特征在于，在所述根据所述距离信息和所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型之前，还包括：
在所述距离信息大于线圈半径的预设倍数时，根据所述距离信息个所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
其中，所述线圈半径为每个所述卫星上安装的环状超导线圈的半径。
3.如权利要求1所述的卫星磁矩的分配方法，其特征在于，所述根据所述距离信息和所述磁偶极子强度建立远场模式下的卫星电磁力约束模型，包括：通过
Figure FDA0002971089170000011
得到远场模式下卫星2对卫星1的电磁力
Figure FDA0002971089170000012
其中，
Figure FDA0002971089170000013
为卫星1与卫星2的距离矢量，d为
Figure FDA0002971089170000014
的模，
Figure FDA0002971089170000015
为卫星1的磁偶极子强度，
Figure FDA0002971089170000016
为卫星2的磁偶极子强度，μ0为真空磁导率。
4.如权利要求3所述的卫星磁矩的分配方法，其特征在于，所述根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵，包括：
将所述距离信息
Figure FDA0002971089170000017
旋转和缩放成单位矢量，并计算缩放比例；
根据
Figure FDA0002971089170000018
计算卫星磁矩分配的转移矩阵A，使
Figure FDA0002971089170000021
其中，γ＝|d|-1为所述缩放比例，|d|为
Figure FDA0002971089170000022
的模，v为所述单位矢量，
Figure FDA0002971089170000023
为在参考系
Figure FDA0002971089170000024
中的所述距离信息，
Figure FDA0002971089170000025
为在参考系
Figure FDA0002971089170000026
中的单位法向量。
5.如权利要求1所述的卫星磁矩的分配方法，其特征在于，所述获取卫星之间的电磁力，包括：
通过协同控制算法获取卫星之间的电磁力矢量
Figure FDA0002971089170000027
6.如权利要求1所述的卫星磁矩的分配方法，其特征在于，所述基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，包括：
根据
Figure FDA0002971089170000028
对每个所述磁偶极子信息进行约束；其中，
Figure FDA0002971089170000029
为所述卫星电磁力模型，
Figure FDA00029710891700000210
为所述电磁力。
7.如权利要求4所述的卫星磁矩的分配方法，其特征在于，所述根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果，包括：
令η1＝Aμ1，η2＝Aμ2，并带入所述卫星电磁力模型：
Figure FDA00029710891700000211
得到
Figure FDA00029710891700000212
其中，A为所述转移矩阵，v为所述单位矢量；
令
Figure FDA00029710891700000213
得到
J＝-(η1 Tη2)v-(η1 Tv)η2-(η2 Tv)η1+5(η1 Tv)(η2 Tv)v；
令
Figure FDA0002971089170000031
得到
Figure FDA0002971089170000032
根据所述电磁力计算
Figure FDA0002971089170000033
并根据所述约束得到非线性方程组：
Figure FDA0002971089170000034
解所述非线性方程组得出η1和η2，并根据η1＝Aμ1，η2＝Aμ2得出卫星1和卫星2在参考系
Figure FDA0002971089170000035
下的磁矩分配结果：
Figure FDA0002971089170000036
8.一种卫星磁矩的分配装置，其特征在于，包括：
约束模型建立模块，用于获取卫星之间的距离信息，根据所述距离信息和每个卫星的磁偶极子信息建立远场模式下的卫星电磁力约束模型；
转移矩阵计算模块，用于根据所述距离信息计算卫星磁矩分配的转移矩阵；
磁矩分配模块，用于获取卫星之间的电磁力，基于所述卫星电磁力模型和所述电磁力对每个所述磁偶极子信息进行约束，以及根据所述转移矩阵确定约束后的每个所述磁偶极子，得到每个卫星磁矩的分配结果。
9.一种卫星磁矩的分配装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的卫星磁矩的分配方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的卫星磁矩的分配方法的步骤。
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