一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法及系统

本发明属于卫星通讯，涉及一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法及系统。

背景技术：

1、随着航天技术的快速发展，太空在人类发展中扮演的角色越来越重要，这也让太空成为了国家之间竞争的必争之地。对于航天器之间的抗野值研究也已经成为了研究的热点。

2、由于卫星传感器失控，环境突变，网络攻击等等这些异常的存在，在受到野值的干扰下，卫星传感器测量的结果可能并不准确。与控制策略相关的传感器的异常测量结果会显著的影响控制性能。因此，为了在未来的空间战中保证卫星的安全可靠，研究相对应的抗野值控制方法就十分重要。

3、目前针对卫星抗野值的控制方法研究是比较少的，扰动的存在已经被证明是可以对博弈的结果产生影响的，但是目前此类研究都是针对多智能体开展，绝大多数研究都是在不考虑受到干扰或攻击的情况下展开的，导致卫星传感器测量结果的精确度低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中针对卫星传感器测量数据的获取中，没有考虑受到外部干扰或攻击的因素，导致卫星传感器测量结果的精确度低，获取的测量结果异常的问题，提供一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，包括以下步骤：

4、构建卫星运动模型；

5、基于卫星运动模型设计抗野值扩张状态观测器，用于对抗野值进行估计；

6、基于抗野值扩张状态观测器，设计多卫星网络的抗野值控制器，用于对获取的抗野值进行优化，得到系统收敛的条件。

7、本发明的进一步改进在于：

8、设计抗野值扩张状态观测器包括：建立卫星的扩张状态方程，并将卫星的扰动引入扩张状态方程中进行计算。

9、所述卫星运动模型为：

10、

11、式中，xi,k+1表示第i个卫星在第k+1步的状态；xi,k表示第i个卫星在第k步的状态；vi,k+1表示第i个卫星在第k+1步的速度；vi,k表示第i个卫星在第k步的速度；h表示采样时间；表示第i个卫星在第k步的控制输入；di,k表示第i个卫星在第k步受到的扰动；

12、其中，

13、

14、di,k满足fi,k＝(di,k+1-di,k)/h有界，即：

15、

16、其中，||fi,k||表示fi,k的2-范数，n表示所有卫星的集合，即

17、所述抗野值扩张状态观测器为：

18、

19、其中，表示第k步时卫星i对xi,k,vi,k,di,k的估计；

20、定义标量k1,i,k2,i,k3,i表示状态观测器的增益，公式(5)中，非线性方程的定义为：

21、

22、其中ρ满足：

23、

24、其中0≤δi＜1且ri＞0。

25、还包括预先建立卫星的扩张状态方程：

26、

27、所述抗野值观测误差方程为：

28、

29、其中，ai,bi,ci和di分别表示误差系统的系统矩阵、控制矩阵、输出矩阵和扰动输入矩阵。

30、所述抗野值观测器满足的条件为：

31、满足：

32、

33、时，公式(13)收敛，其上界为：

34、

35、一种基于动态抗野值的卫星安全控制系统，包括：

36、卫星运动模型构建模块，用于构建卫星运动模型；

37、抗野值扩张状态观测器构建模块，用于基于卫星运动模型设计抗野值扩张状态观测器，用于对野值进行估计；

38、抗野值控制器构建模块，用于基于抗野值扩张状态观测器，设计多卫星网络的抗野值控制器，用于对获取的抗野值进行优化，得到系统收敛的条件。

39、一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明任一项所述方法的步骤。

40、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项所述方法的步骤。

41、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

42、本发明公开了一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，优先设计抗野值扩张状态观测器，对抗野值进行预估，在通过设计抗野值控制器，对各参数进行优化，达到模型收敛的效果，本发明将考虑了传感器异常输入导致的误差干扰，可以对扰动进行很好的估计和消除，提高传感器的控制性能，提高测量结果的精确性，本发明公开的控制方法可以为每个卫星所装载，每个卫星均可通过该控制方法来估计和补偿干扰，实现每个卫星对未知野值的估计和抵消，实现更好的控制性能。在星上传感器检测装置受太空环境中太阳光压、电磁干扰影响检测到数据具有异常情况时，该方法可以实现对卫星状态的精确估计，有效避免由于异常野值对星上器件造成的破坏。

技术特征：

1.一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，设计抗野值扩张状态观测器包括：建立卫星的扩张状态方程，并将卫星的扰动引入扩张状态方程中进行计算。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，所述卫星运动模型为：

4.根据权利要求1所述的一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，所述抗野值扩张状态观测器为：

5.根据权利要求4所述的一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，还包括预先建立卫星的扩张状态方程：

6.根据权利要求1所述的一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，所述抗野值观测误差方程为：

7.根据权利要求1所述的一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法，其特征在于，所述抗野值观测器满足的条件为：

8.一种基于动态抗野值的卫星安全控制系统，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于动态抗野值的卫星安全控制方法及系统，包括以下步骤：构建卫星运动模型，所述卫星运动模型包括每个卫星的目标函数和扰动；基于卫星运动模型设计抗野值扩张状态观测器，用于对抗野值进行估计；基于抗野值扩张状态观测器，设计多卫星网络的抗野值控制器，用于对获取的抗野值进行优化，得到系统收敛的条件。本发明将考虑了传感器异常输入导致的误差干扰，可以对扰动进行很好的估计和消除，提高观测器的估计性能，提高控制结果的精确性，本发明公开的控制方法可以为每个卫星所装载，每个卫星均可通过该控制方法来估计和补偿干扰，实现每个卫星对未知野值的估计和抵消，实现更好的控制性能。技术研发人员：袁欢欢,王翔宇,袁源,陈佳玮受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4