低推力欠操纵卫星编队引导与控制策略

本研究提出了用于重新配置近距离多卫星编队的自主引导与控制策略。考虑的编队包括 $N$ 个欠操纵副机卫星以及一颗不可控的虚拟或物理首机卫星。引导问题被形式化为一个包含典型动力学和物理约束，以及最小加速度阈值的轨迹优化问题。后者约束源于所采用的低推力技术的局限，这种技术常用于精确的近距离相对轨道机动。本文在两个框架下解决引导与控制问题：集中式和分布式。集中式方法提供燃料最优解，但仅适用于副机数量较小的编队。分布式方法更具可扩展性，但产生次优解。在集中式框架下，首机是负责所有计算的物理卫星；在分布式框架下，首机被视为绕地球运行的虚拟点质量，每颗副机在板载上执行自己的引导与控制计算。研究强调闭环控制系统的空中实现，旨在为最优控制问题提供可靠且自动化的解决方案。为此，通过首先识别可能导致不可行性的约束，然后妥善地软化这些约束来缓解不可行风险。实现了两种模型预测控制架构并进行比较，即收缩时域和固定时域方案。就燃料消耗和实现的控制精度等性能指标进行分析，并与文献中提出的不同实现进行比较。