VISORS编队飞行任务的自主制导导航与控制
机器人学
2023-10-02 v1
摘要
可重构集群虚拟超分辨率光学系统（VISORS）是一项分布式望远镜任务，利用两颗6U CubeSat在太阳同步近地轨道编队飞行对太阳进行高分辨率成像。一颗光学航天器携带一个光子筛，作为极紫外波段的高分辨率透镜，穿过筛孔的图像聚焦在一颗探测器航天器上。本文提出了一种新设计的星载制导、导航与控制（GNC）系统，该系统高度自主、鲁棒、被动安全，并在真实任务仿真下得到验证。GNC系统的主要目标是在40米间距上建立被动安全的高精度编队对齐，具备亚厘米级相对导航与位置控制精度，并可进行持续10秒的重复观测。在由传感误差、机动误差、未建模动力学以及航天器内部部件错误认知引起的真实建模不确定性下，通过蒙特卡洛分析评估科学任务成功率。精确的实时相对导航通过载波相位差分GPS与整周模糊度解算实现。短基线上的精确控制通过基于闭环优化的随机模型预测控制以厘米级精度实现。远距及接近过程中的控制通过闭式脉冲控制以米级精度实现。整个任务期间强制执行被动安全以缓解碰撞风险，即便在关键子系统失效时亦如此。除VISORS外，本工作还得出关键见解：所述GNC架构可推广至其他以精度与容错安全为关键需求的分布式空间任务，如交会、邻近操作与集群任务。
引用
@article{arxiv.2309.16698,
title = {Autonomous Guidance Navigation and Control of the VISORS Formation-Flying Mission},
author = {Tommaso Guffanti and Toby Bell and Samuel Y. W. Low and Mason Murray-Cooper and Simone D'Amico},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.16698},
year = {2023}
}
备注
Presented in 2023 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference