第1章 緒論 1
1.1 研究背景2
1.2 分布式異構(gòu)星群發(fā)展現(xiàn)狀5
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀5
1.2.2 我國發(fā)展現(xiàn)狀13
1.3 分布式異構(gòu)星群發(fā)展趨勢(shì)15
1.4 分布式異構(gòu)星群典型服務(wù)場(chǎng)景16
1.5 分布式異構(gòu)星群的內(nèi)涵及特征17
1.6 本書內(nèi)容安排18
參考文獻(xiàn)18

第2章 異構(gòu)星群架構(gòu)設(shè)計(jì)與控制理論基礎(chǔ) 21
2.1 軌道基礎(chǔ)知識(shí)22
2.1.1 地心慣性坐標(biāo)系22
2.1.2 軌道要素22
2.1.3 軌道要素與位置速度向量的轉(zhuǎn)換關(guān)系23
2.1.4 開普勒方程24
2.2 衛(wèi)星軌道空間幾何關(guān)系25
2.2.1 異構(gòu)星群典型軌道類型25
2.2.2 衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡28
2.2.3 衛(wèi)星覆蓋特性計(jì)算28
2.3 軌道機(jī)動(dòng)29
2.3.1 脈沖機(jī)動(dòng)29
2.3.2 共面軌道機(jī)動(dòng)30
2.3.3 異面軌道機(jī)動(dòng)38
2.4 多圈Lambert問題41
2.4.1 轉(zhuǎn)移軌道類型41
2.4.2 Lagrange時(shí)間轉(zhuǎn)移方程42
2.4.3 無約束條件下的最大圈數(shù)估計(jì)43
2.5 機(jī)動(dòng)燃耗需求分析44
2.6 本章小結(jié)46
參考文獻(xiàn)46

第3章 異構(gòu)星群系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵科學(xué)問題 47
3.1 大規(guī)模異構(gòu)星群開放式敏捷架構(gòu)48
3.2 大規(guī)模異構(gòu)星群關(guān)鍵科學(xué)問題51
3.3 大規(guī)模異構(gòu)星群關(guān)鍵技術(shù)52
3.3.1 大規(guī)模星群大空間尺度相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型與攝動(dòng)分析52
3.3.2 大規(guī)模異構(gòu)星群拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型53
3.3.3 彈性與分散狀態(tài)下多屬性混合目標(biāo)任務(wù)分配54
3.3.4 大規(guī)模異構(gòu)星群動(dòng)態(tài)路由技術(shù)56
3.3.5 動(dòng)態(tài)變遷過程的自主協(xié)調(diào)決策與分散規(guī)劃57
3.3.6 能量匹配機(jī)理與邊界維持連續(xù)最優(yōu)控制方法59
3.3.7 復(fù)雜多約束下動(dòng)態(tài)隨機(jī)事件的集群協(xié)同響應(yīng)與安全控制60
3.3.8 大規(guī)模異構(gòu)星群數(shù)字化仿真平臺(tái)技術(shù)61
3.4 本章小結(jié)63
參考文獻(xiàn)64

第4章 異構(gòu)星群構(gòu)型設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法 69
4.1 異構(gòu)星群構(gòu)型設(shè)計(jì)70
4.1.1 異構(gòu)星群特點(diǎn)介紹70
4.1.2 異構(gòu)星群主要構(gòu)型類型74
4.1.3 構(gòu)型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和考慮因素76
4.2 異構(gòu)星群性能分析模型79
4.2.1 性能分析指標(biāo)79
4.2.2 性能分析模型的建立方法81
4.2.3 性能分析模型案例82
4.3 星群構(gòu)型設(shè)計(jì)優(yōu)化方法85
4.3.1 構(gòu)型設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)與約束條件85
4.3.2 構(gòu)型優(yōu)化算法及其應(yīng)用86
4.3.3 構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)案例92
4.4 本章小結(jié)101
參考文獻(xiàn)102

第5章 分布式異構(gòu)星群任務(wù)協(xié)同規(guī)劃 105
5.1 異構(gòu)星群任務(wù)協(xié)同規(guī)劃模型與指標(biāo)分解107
5.1.1 任務(wù)協(xié)同規(guī)劃模型107
5.1.2 知識(shí)獲取與任務(wù)理解技術(shù)115
5.2 異構(gòu)星群任務(wù)協(xié)同機(jī)制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)121
5.2.1 四種協(xié)同機(jī)制介紹122
5.2.2 異構(gòu)星群協(xié)同任務(wù)規(guī)劃架構(gòu)124
5.2.3 任務(wù)規(guī)劃分配資源的優(yōu)先原則125
5.2.4 異構(gòu)星群協(xié)同交互信息127
5.2.5 異構(gòu)星群自主協(xié)同流程129
5.3 異構(gòu)星群智能化任務(wù)協(xié)同方法132
5.3.1 異構(gòu)星群任務(wù)分配與目標(biāo)聚類133
5.3.2 基于GA-SA的異構(gòu)星群任務(wù)規(guī)劃算法135
5.3.3 基于NSGA-Ⅱ的異構(gòu)星群任務(wù)規(guī)劃算法138
5.3.4 基于MADDPG的異構(gòu)星群協(xié)同任務(wù)規(guī)劃算法142
5.4 本章小結(jié)145
參考文獻(xiàn)145

第6章 分布式異構(gòu)星群協(xié)同控制方法 148
6.1 星群自組織構(gòu)型保持控制149
6.1.1 星群構(gòu)型控制的任務(wù)分類150
6.1.2 星群構(gòu)型控制的優(yōu)化策略150
6.1.3 星群構(gòu)型控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)151
6.1.4 星群構(gòu)型控制的重要目標(biāo)152
6.2 基于學(xué)習(xí)的星群姿軌一體化高精度控制154
6.2.1 SE(3)上的航天器非質(zhì)心點(diǎn)相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型154
6.2.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的航天器參數(shù)建模155
6.2.3 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的航天器最優(yōu)控制策略159
6.3 星群構(gòu)型防撞策略162
6.3.1 碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與建模163
6.3.2 碰撞預(yù)警與監(jiān)測(cè)165
6.3.3 規(guī)避機(jī)動(dòng)策略優(yōu)化166
6.4 多任務(wù)約束下的異構(gòu)星群控制性能保證168
6.4.1 基于事件觸發(fā)策略的資源管理169
6.4.2 星群系統(tǒng)的物理安全保證171
6.4.3 基于時(shí)序邏輯的星群動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃175
6.5 本章小結(jié)178
參考文獻(xiàn)178

第7章 柔性智聯(lián)衛(wèi)星架構(gòu) 181
7.1 柔性智聯(lián)衛(wèi)星182
7.2 通用化可重構(gòu)的柔性架構(gòu)設(shè)計(jì)184
7.3 面向任務(wù)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)智聯(lián)架構(gòu)設(shè)計(jì)187
7.3.1 星內(nèi)多業(yè)務(wù)承載信息傳輸與交換設(shè)計(jì)188
7.3.2 空間多鏈路承載信息一體化適配設(shè)計(jì)190
7.3.3 星地/星間信息標(biāo)準(zhǔn)化傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)192
7.3.4 星載網(wǎng)關(guān)通用化集成設(shè)計(jì)1937.4 通用化一體接口設(shè)計(jì)194
7.4.1 接口標(biāo)準(zhǔn)化194
7.4.2 高速互聯(lián)總線196
7.4.3 星上電子設(shè)備即插即用199
7.5 星載健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)201
7.5.1 星載關(guān)重部件健康感知增強(qiáng)技術(shù)201
7.5.2 星載智能故障識(shí)別與自主恢復(fù)技術(shù)204
7.5.3 星載健康管理計(jì)算能力適配技術(shù)208
7.6 本章小結(jié)210
參考文獻(xiàn)210

第8章 星地協(xié)同管控 212
8.1 分布式異構(gòu)星群管控理念和架構(gòu)213
8.1.1 協(xié)同綜合管控理念213
8.1.2 管控總體架構(gòu)214
8.2 開放式星地一體協(xié)同綜合管控系統(tǒng)216
8.2.1 云邊協(xié)同智能架構(gòu)216
8.2.2 資源虛擬化動(dòng)態(tài)管控219
8.2.3 面向協(xié)同規(guī)劃的應(yīng)用管控228
8.3 邊緣微云安全架構(gòu)及總體設(shè)計(jì)230
8.3.1 邊緣計(jì)算安全的需求分析230
8.3.2 在軌微云安全架構(gòu)設(shè)計(jì)231
8.4 本章小結(jié)233
參考文獻(xiàn)234

第9章 分布式異構(gòu)星群工程仿真驗(yàn)證 236
9.1 全數(shù)字模擬與仿真推演系統(tǒng)237
9.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)237
9.1.2 仿真推演方案240
9.1.3 系統(tǒng)組成與功能243
9.1.4 系統(tǒng)工作流程248
9.2 虛實(shí)結(jié)合半物理仿真驗(yàn)證252
9.2.1 系統(tǒng)組成252
9.2.2 系統(tǒng)架構(gòu)255
9.2.3 系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)途徑257
9.2.4 仿真驗(yàn)證方法260
9.3 分布式異構(gòu)星群工程仿真262
9.3.1 異構(gòu)星群任務(wù)分配和協(xié)同規(guī)劃仿真262
9.3.2 多約束下星群協(xié)同控制仿真273
9.4 本章小結(jié)281
參考文獻(xiàn)281