面向无人空间探测的深空控制通信

在无人空间探测中，空间机器人之间的协作需要先进的通信技术。本文针对一种称为“母—子系统”的特定协作系统提出了通信优化方案。在该设置中，母航天器绕行星轨道运行，而子探测器分布在行星表面。在每个控制周期内，母航天器感知环境、计算控制指令并分发给子探测器执行动作。它们协同形成感知—通信—计算—控制（$\mathbf{SC^3}$）回路。鉴于 $\mathbf{SC^3}$ 回路的不可分割性，我们针对闭环控制优化母—子下行链路。优化目标为线性二次调节器（LQR）代价，优化参数为块长度和发射功率。为求解该非线性混合整数问题，我们首先确定最优块长度，然后将功率分配问题转化为易处理的凸问题。我们进一步推导了所提方案以及两种面向通信的方案（最大和速率方案和最大最小速率方案）的近似闭式解。在此基础上，分析了它们的功率分配原则。特别地，对于时间不敏感的控制任务，我们发现所提方案与最大最小速率方案等价。这些发现通过仿真得到了验证。