CN115202198A - 动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置 - Google Patents

动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置 Download PDF

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CN115202198A CN202211107245.5A CN202211107245A CN115202198A CN 115202198 A CN115202198 A CN 115202198A CN 202211107245 A CN202211107245 A CN 202211107245A CN 115202198 A CN115202198 A CN 115202198A
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Abstract

本发明提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置，方法包括：获取待选的多组机动轨迹；将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹分别进行计算，通过将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；并计算对应离散时刻的包络面距离，以判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则输出该可行机动轨迹的机动角动量裕度；将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。本方案，能够实现角动量能力约束下动态连续机动轨迹的快速选择。

Description

动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及数据处理技术领域，特别涉及一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置。
背景技术
目前，航天器的大多数机动任务都是点对点机动，角动量变化路径单一。而随着航天器复杂姿态机动任务的增多，经常会涉及到航天器在机动期间接入新的机动任务的情况，因此，需要对动态连续的机动轨迹进行规划，确保机动全过程处于角动量能力包络范围内。而目前考虑了角动量能力包络的轨迹规划方案均是针对航天器在确定状态之间的机动任务进行的，暂未有针对不确定的动态连续机动轨迹的优选方案。可见，亟需提供一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法，以实现角动量能力约束下动态连续机动轨迹的快速选择。
发明内容
基于上述的问题，本发明实施例提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法，包括：
获取待选的多组机动轨迹；
将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使所述计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹均执行如下计算：将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离；根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，输出为该可行机动轨迹的机动角动量裕度；
将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，包括：
按照当前机动轨迹的起点至终点的顺序，以固定时长作为步长，将当前机动轨迹等间隔划分为多个离散时刻。
在一种可能的实现方式中，所述计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量，包括：
针对每一个离散时刻，将动量轮组每一个动量轮在该离散时刻的转速、惯量和转轴方向单位矢量的乘积之和，作为动量轮组在该离散时刻的角动量矢量。
在一种可能的实现方式中，所述根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离，包括：
确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数；所述角动量包络体由多个包络面组成；
针对每一个离散时刻，根据所述包络参数计算该离散时刻的角动量矢量到每一个包络面的距离，并将最大距离确定为该离散时刻的包络面距离。
在一种可能的实现方式中，所述包络参数包括：每一个包络面的法向量和形成每一个包络面的各顶点坐标；
所述确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数，包括：
从动量轮组中取第i个和第j个动量轮进行组合，可得到
Figure 727840DEST_PATH_IMAGE001
组动量 轮对，每组动量轮对形成一个包络面；其中，N为动量轮组内的动量轮数量，i、j=1，2，…N，且
Figure 386224DEST_PATH_IMAGE002
；
包络面的法向量
Figure 971926DEST_PATH_IMAGE003
通过如下公式计算得到：
Figure 670279DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 708642DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 905137DEST_PATH_IMAGE006
分别为第i个动量轮和第j个动量轮在航天器本体坐标系中的转 轴方向单位矢量；
包络面的各顶点的确定方式包括：在包络面上，动量轮的角动量在最值
Figure 814187DEST_PATH_IMAGE007
到最值
Figure 70725DEST_PATH_IMAGE008
之间变化，当第i个动量轮和第j个动量轮分别对应的角动量
Figure 596384DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 492444DEST_PATH_IMAGE010
，取不同正负号的最值时可得到四组不同的组合，每一组组合对应该包络面的一 个顶点。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述包络参数计算该离散时刻的角动量矢量到每一个包络面的距离，包括：
利用如下公式计算该离散时刻的角动量矢量到其中一个包络面的距离
Figure 911793DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 480178DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 227554DEST_PATH_IMAGE013
为该离散时刻的角动量矢量；
Figure 906797DEST_PATH_IMAGE014
为该包络面上任意一个顶点的坐标；
Figure 180652DEST_PATH_IMAGE015
为该包络面的法向量。
在一种可能的实现方式中，所述根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹，包括：
判定每一个离散时刻的包络面距离是否均为负数，若是，则判定当前机动轨迹为可行机动轨迹。
第二方面，本发明实施例还提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置，包括：
获取单元，用于获取待选的多组机动轨迹；
轨迹处理单元，用于将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使所述计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹均执行如下计算：将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离；根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，输出为该可行机动轨迹的机动角动量裕度；
选择单元，用于将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
本发明实施例提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法及装置，将连续机动过程对应的机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算出动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量，在计算机动角动量裕度时，充分考虑了连续机动过程中的角动量矢量，且可以快速计算出机动角动量裕度，依据机动角动量裕度可快速判定在切换为不同机动轨迹时的机动可达和可行性，实现角动量能力约束下动态连续机动轨迹的快速选择，且能够有效提升动量轮组控制航天器姿态的平稳性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种包络面距离计算方法流程图；
图3是本发明一实施例提供的一种动量轮组角动量包络计算的示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种角动量矢量到包络面距离的示意图；
图5是本发明一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；
图6是本发明一实施例提供的一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明实施例提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法，该方法包括：
步骤100，获取待选的多组机动轨迹；
步骤102，将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使所述计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹均执行如下计算：将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离；根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，输出为该可行机动轨迹的机动角动量裕度；
步骤104，将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。
本发明实施例中，将连续机动过程对应的机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算出动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量，在计算机动角动量裕度时，充分考虑了连续机动过程中的角动量矢量，且可以快速计算出机动角动量裕度，依据机动角动量裕度可快速判定在切换为不同机动轨迹时的机动可达和可行性，实现角动量能力约束下动态连续机动轨迹的快速选择，且能够有效提升动量轮组控制航天器姿态的平稳性。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
首先，针对步骤102中，计算模型将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量。
航天器是由动量轮组对其进行姿态控制的，为了保证机动轨迹的可行性，则需要评估机动轨迹的机动角动量裕度，而在评估机动轨迹的机动角动量裕度时，需要依据动量轮组的角动量矢量来计算。
其中，计算模型为预设的特定模型，用于对输入的每一组当前机动轨迹分别进行计算，并根据计算结果进行输出。
本发明实施例中，由于规划的机动轨迹是动态连续的，且在机动轨迹的不同位置处各动量轮的转速也不同，因此，为了保证对机动轨迹的机动角动量裕度的评估更准确，可以将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，以针对每一个离散时刻分别进行动量轮组角动量矢量的计算。
优选地，为了进一步提高评估准确性，在将当前机动轨迹划分为多个离散时刻时，可以通过如下一种方式划分：按照当前机动轨迹的起点至终点的顺序，以固定时长T作为步长，将当前机动轨迹等间隔划分为多个离散时刻。
需要说明的是，不同机动轨迹在被划分为多个离散时刻时，可以以相同的固定时长作为步长，也可以以不同的固定时长作为步长。且对于不同机动轨迹，划分后对应的离散时刻数量也不一定相同。
在本发明一个实施例中，假设当前机动轨迹被划分为M（M为正整数）个离散时刻，则针对每一个离散时刻，动量轮组的角动量矢量的计算方式可以包括：将动量轮组每一个动量轮在该离散时刻的转速、惯量和转轴方向单位矢量的乘积之和，作为动量轮组在该离散时刻的角动量矢量。
具体地，该计算方式可以使用如下公式来表示：
Figure 657289DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 891961DEST_PATH_IMAGE017
为动量轮组在第t个离散时刻的角动量矢量，t的取值范围为[1,M]；
Figure 374895DEST_PATH_IMAGE018
为动量轮组包括的动量轮的数量，N为不小于3的整数；
Figure 644202DEST_PATH_IMAGE019
为机动过程中第k个动量轮 在第t个离散时刻的转速；
Figure 679023DEST_PATH_IMAGE020
为第k个动量轮的惯量，
Figure 400991DEST_PATH_IMAGE021
为第k个动量轮在航天器本体坐 标系中的转轴方向单位矢量。
然后，针对步骤102中，根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离。
本发明实施例中，请参考图2，该根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离可以包括如下步骤：
步骤200，确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数；角动量包络体由多个包络面组成。
假设航天器的动量轮组由N个动量轮构成，N为不小于3的整数，则第k个动量轮的 最大角动量记为
Figure 687616DEST_PATH_IMAGE022
（k= 1，2，…N），在航天器本体坐标系中的转轴方向单位矢量记 为
Figure 808500DEST_PATH_IMAGE023
。
通过调用动量轮组角动量包络计算方法，以输出动量轮组所形成角动量包络体的包络参数。其中，包络参数至少可以包括：每一个包络面的法向量和形成每一个包络面的各顶点坐标。
本发明一个实施例中，请参考图3，为动量轮组角动量包络计算的示意图。该动量轮组角动量包络计算方法可以通过如下一种方式实现：
从动量轮组中取第i个和第j个动量轮进行组合，可得到
Figure 889589DEST_PATH_IMAGE024
组动量 轮对，每组动量轮对可形成一个包络面；其中，N为动量轮组内的动量轮数量，i、j=1，2，…N， 且
Figure 957908DEST_PATH_IMAGE025
；
包络面的法向量
Figure 48224DEST_PATH_IMAGE026
通过如下公式计算得到：
Figure 26544DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 544113DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 240674DEST_PATH_IMAGE029
分别为第i个动量轮和第j个动量轮在航天器本体坐标系中的转 轴方向单位矢量；
包络面的各顶点的确定方式包括：在包络面上，动量轮的角动量在最值
Figure 606452DEST_PATH_IMAGE030
到最值
Figure 563912DEST_PATH_IMAGE031
之间变化，当第i个动量轮和第j个动量轮分别对应的角动量
Figure 252382DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 170660DEST_PATH_IMAGE033
，取不同正负号的最值时可得到四组不同的组合，每一组组合对应该包络面的一 个顶点。
举例来说，第i个动量轮的取值分别为
Figure 337199DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 290111DEST_PATH_IMAGE035
，第j个动量轮的 取值分别为
Figure 149483DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 676761DEST_PATH_IMAGE037
，则可得到如下四组组合，即形成该包络面的四个顶点：
Figure 381412DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 188831DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 219103DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 111973DEST_PATH_IMAGE041
。
四个顶点形成一个平行四边形，该平行四边形即第i个和第j个动量轮形成的包络面，是动量轮组角动量包络体的一部分。
通过上述动量轮组角动量包络计算方法，对每组动量轮对分别进行计算，一共可 得到
Figure 885894DEST_PATH_IMAGE042
个包络面顶点
Figure 940962DEST_PATH_IMAGE043
，并输出
Figure 876557DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 725565DEST_PATH_IMAGE045
。图3中
Figure 162231DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 209821DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 316318DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 183780DEST_PATH_IMAGE049
分别为四个顶点。
步骤202，针对每一个离散时刻，根据所述包络参数计算该离散时刻的角动量矢量到每一个包络面的距离，并将最大距离确定为该离散时刻的包络面距离。
在本发明一个实施例中，可以利用如下公式计算每一个离散时刻的角动量矢量到 其中一个包络面的距离
Figure 30994DEST_PATH_IMAGE050
：
Figure 667512DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure 69543DEST_PATH_IMAGE052
为该离散时刻的角动量矢量；
Figure 424301DEST_PATH_IMAGE053
为该包络面上任意一个顶点的坐标；
Figure 812557DEST_PATH_IMAGE054
为该包络面的法向量。
请参考图4，为角动量矢量到包络面距离的示意图。
由于角动量包络体由多个包络面组成，因此，需要确定角动量矢量到每一个包络的距离。举例来说，角动量包络体由六个包络面组成，在当前一个离散时刻，角动量矢量到每一个包络面的距离分别为：-8、-8、-6、-6、-4和-2，则取最大距离-2作为该离散时刻的包络面距离。
其中，包络面距离的正负符号的定义为：向角动量包络体外为正，向角动量包络体内为负。
接下来针对步骤102，根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，确定为该可行机动轨迹的机动角动量裕度。
对于动态连续机动过程，实际上是角动量状态点的连续变化，且角动量差不为零的过程。若角动量连续变化过程不超出包络边界，则该机动轨迹是可行的。因此，本发明实施例中，根据机动轨迹的角动量连续变化结果，来判定全程角动量包络的可达性。
具体地，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹，包括：判定每一个离散时刻的包络面距离是否均为负数，若是，则判定当前机动轨迹为可行机动轨迹。
根据上述步骤可知，若每一个离散时刻的包络面距离均为负数，则表明每一个离散时刻均指向角动量包络体内部，也就是不会超出包络边界，因此，该当前机动轨迹是可行机动轨迹。
进一步地，若需要从多个可行机动轨迹中选择最优的机动轨迹，则可以对每一个可行机动轨迹的机动角动量裕度进行评估，以选择出最优的机动轨迹。
本发明实施例中，若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，确定为该可行机动轨迹的机动角动量裕度。
进一步地，若判定当前机动轨迹不是可行机动轨迹时，则记录该当前机动轨迹中各离散时刻所对应包络面距离的最大值，并将该最大值定义为超限度值，以为后续研发工作提供数据支撑。
最后针对步骤100“获取待选的多组机动轨迹”和步骤104“将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹”同时进行说明。
针对待选的多组机动轨迹，分别执行步骤102，以确定每一组机动轨迹是否为可行机动轨迹，以及输出当为可行机动轨迹时对应的机动角动量裕度。
若机动角动量裕度越大，则表明航天器在该可行机动轨迹上航行时控制稳定性越高。因此，选择最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹作为优选机动轨迹。
本发明实施例，可以广泛适用于采用动量轮组进行姿态控制的各类航天器，可以快速判定多个机动轨迹的机动可达和可行性，成功解决了动量轮组控制航天器在不同机动状态之间切换的快速能力评估和优选问题，有效提升航天器动量轮组姿态控制的闭环稳定性和控制平稳性。另外，相对于现有技术，突破了以往静态角动量状态表示的局限，将动态连续机动过程的角动量矢量在角动量包络图中进行表示，为机动全程的裕度计算和快速判定建立了基础；并且，可以快速计算出角动量矢量到包络面的距离，有效解决动态连续机动可行性和裕度快速评估的问题，确保机动全程处于角动量能力包络范围内。
如图5、图6所示，本发明实施例提供了一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图5所示，为本发明实施例提供的一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置所在电子设备的一种硬件架构图，除了图5所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的电子设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图6所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置，包括：
获取单元601，用于获取待选的多组机动轨迹；
轨迹处理单元602，用于将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使所述计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹均执行如下计算：将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离；根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，输出为该可行机动轨迹的机动角动量裕度；
选择单元603，用于将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。
在本发明一个实施例中，所述轨迹处理单元在将当前机动轨迹划分为多个离散时刻时，具体包括：按照当前机动轨迹的起点至终点的顺序，以固定时长作为步长，将当前机动轨迹等间隔划分为多个离散时刻。
在本发明一个实施例中，所述轨迹处理单元在计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量时，具体包括：针对每一个离散时刻，将动量轮组每一个动量轮在该离散时刻的转速、惯量和转轴方向单位矢量的乘积之和，作为动量轮组在该离散时刻的角动量矢量。
在本发明一个实施例中，所述轨迹处理单元在根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离时，具体包括：确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数；所述角动量包络体由多个包络面组成；针对每一个离散时刻，根据所述包络参数计算该离散时刻的角动量矢量到每一个包络面的距离，并将最大距离确定为该离散时刻的包络面距离。
在本发明一个实施例中，所述包络参数包括：每一个包络面的法向量和形成每一个包络面的各顶点坐标；
所述轨迹处理单元在确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数时，具体包括：
从动量轮组中取第i个和第j个动量轮进行组合，可得到
Figure 569161DEST_PATH_IMAGE055
组动量轮 对，每组动量轮对形成一个包络面；其中，N为动量轮组内的动量轮数量，i、j=1，2，…N，且
Figure 283039DEST_PATH_IMAGE056
；
包络面的法向量
Figure 987077DEST_PATH_IMAGE057
通过如下公式计算得到：
Figure 444603DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure 55713DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 674913DEST_PATH_IMAGE060
分别为第i个动量轮和第j个动量轮在航天器本体坐标系中的转轴 方向单位矢量；
包络面的各顶点的确定方式包括：在包络面上，动量轮的角动量在最值
Figure 597739DEST_PATH_IMAGE061
到最值
Figure 593377DEST_PATH_IMAGE062
之间变化，当第i个动量轮和第j个动量轮分别对应的角动量
Figure 345080DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 135182DEST_PATH_IMAGE064
，取不 同正负号的最值时可得到四组不同的组合，每一组组合对应该包络面的一个顶点。
在本发明一个实施例中，所述轨迹处理单元在根据所述包络参数计算该离散时刻 的角动量矢量到每一个包络面的距离时，具体包括：利用如下公式计算该离散时刻的角动 量矢量到其中一个包络面的距离
Figure 686249DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure 610211DEST_PATH_IMAGE066
其中，
Figure 930334DEST_PATH_IMAGE067
为该离散时刻的角动量矢量；
Figure 156916DEST_PATH_IMAGE068
为该包络面上任意一个顶点的坐标；
Figure 195279DEST_PATH_IMAGE069
为该包络面的法向量。
在本发明一个实施例中，所述轨迹处理单元在根据每一个离散时刻的包络面距离判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹时，具体包括：判定每一个离散时刻的包络面距离是否均为负数，若是，则判定当前机动轨迹为可行机动轨迹。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法。
本发明实施例还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上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机（或CPU或MPU）读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘（如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：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。

Claims (10)

1.一种动量轮组动态连续机动轨迹优选方法，其特征在于，包括：
获取待选的多组机动轨迹；
将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使所述计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹均执行如下计算：将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离；根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，输出为该可行机动轨迹的机动角动量裕度；
将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，包括：
按照当前机动轨迹的起点至终点的顺序，以固定时长作为步长，将当前机动轨迹等间隔划分为多个离散时刻。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量，包括：
针对每一个离散时刻，将动量轮组每一个动量轮在该离散时刻的转速、惯量和转轴方向单位矢量的乘积之和，作为动量轮组在该离散时刻的角动量矢量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离，包括：
确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数；所述角动量包络体由多个包络面组成；
针对每一个离散时刻，根据所述包络参数计算该离散时刻的角动量矢量到每一个包络面的距离，并将最大距离确定为该离散时刻的包络面距离。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述包络参数包括：每一个包络面的法向量和形成每一个包络面的各顶点坐标；
所述确定动量轮组所形成角动量包络体的包络参数，包括：
从动量轮组中取第i个和第j个动量轮进行组合，可得到
Figure 796889DEST_PATH_IMAGE001
组动量轮对， 每组动量轮对形成一个包络面；其中，N为动量轮组内的动量轮数量，i、j=1，2，…N，且
Figure 366410DEST_PATH_IMAGE002
；
包络面的法向量
Figure 985742DEST_PATH_IMAGE003
通过如下公式计算得到：
Figure 98054DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 761117DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 958880DEST_PATH_IMAGE006
分别为第i个动量轮和第j个动量轮在航天器本体坐标系中的转轴方 向单位矢量；
包络面的各顶点的确定方式包括：在包络面上，动量轮的角动量在最值
Figure 113393DEST_PATH_IMAGE007
到 最值
Figure 204846DEST_PATH_IMAGE008
之间变化，当第i个动量轮和第j个动量轮分别对应的角动量
Figure 179755DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 474601DEST_PATH_IMAGE010
，取不 同正负号的最值时可得到四组不同的组合，每一组组合对应该包络面的一个顶点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述包络参数计算该离散时刻的角动量矢量到每一个包络面的距离，包括：
利用如下公式计算该离散时刻的角动量矢量到其中一个包络面的距离
Figure 685003DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 506328DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 793084DEST_PATH_IMAGE013
为该离散时刻的角动量矢量；
Figure 434281DEST_PATH_IMAGE014
为该包络面上任意一个顶点的坐标；
Figure 448374DEST_PATH_IMAGE015
为该包络面的法向量。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，所述根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹，包括：
判定每一个离散时刻的包络面距离是否均为负数，若是，则判定当前机动轨迹为可行机动轨迹。
8.一种动量轮组动态连续机动轨迹优选装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取待选的多组机动轨迹；
轨迹处理单元，用于将每一组机动轨迹分别输入至预设计算模型中，以使所述计算模型针对输入的每一组当前机动轨迹均执行如下计算：将当前机动轨迹划分为多个离散时刻，并计算动量轮组在每一个离散时刻的角动量矢量；根据每一个离散时刻的角动量矢量计算对应离散时刻的包络面距离；根据每一个离散时刻的包络面距离，判定当前机动轨迹是否为可行机动轨迹；若当前机动轨迹为可行机动轨迹，则将每一个离散时刻的包络面距离的加权和的绝对值，输出为该可行机动轨迹的机动角动量裕度；
选择单元，用于将可行机动轨迹中的最大机动角动量裕度所对应的机动轨迹，作为优选机动轨迹。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3008807A1 (fr) * 2013-07-19 2015-01-23 Centre Nat Etd Spatiales Procede de determination du domaine enveloppe des capacites dynamiques et cinematiques des roues a reaction d'un systeme de guidage d'un satellite.
US20150310137A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 International Business Machines Corporation Minimizing Uncertainty Envelopes in Trajectories of Evolving Ensemble Members
CN108657468A (zh) * 2018-04-20 2018-10-16 北京控制工程研究所 一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法
CN113232894A (zh) * 2021-04-30 2021-08-10 北京控制工程研究所 一种多动量轮角动量最大包络计算在轨实现方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3008807A1 (fr) * 2013-07-19 2015-01-23 Centre Nat Etd Spatiales Procede de determination du domaine enveloppe des capacites dynamiques et cinematiques des roues a reaction d'un systeme de guidage d'un satellite.
US20150310137A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 International Business Machines Corporation Minimizing Uncertainty Envelopes in Trajectories of Evolving Ensemble Members
CN108657468A (zh) * 2018-04-20 2018-10-16 北京控制工程研究所 一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法
CN113232894A (zh) * 2021-04-30 2021-08-10 北京控制工程研究所 一种多动量轮角动量最大包络计算在轨实现方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于沫尧: "平动点空间站姿态动力学与控制方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
石昊等: "初值不确定轨道可达区域计算", 《宇航学报》 *
郭延宁等: "冗余飞轮构型下力矩分配策略设计与分析", 《航空学报》 *
雪丹等: "卫星在轨道平面内的可达范围研究", 《力学学报》 *
雷拥军: "轮系航天器的角动量包络分析及角动量管理", 《中国空间科学技术》 *

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