基于地月中继的多航天器协同控制方法及装置与流程

本技术涉及深空测控与中继通信领域，具体而言，涉及一种基于地月中继的多航天器协同控制方法及装置。

背景技术：

1、近年来，随着月球及深空探测技术的持续发展，特别是中继通信技术引入月球探测领域，使得对类似月球背面等以往地基测控盲区进行探测成为可能。比如在嫦娥四号任务中，通过在月球背面地月l2点布设我国首颗月球中继卫星，在世界上首次实现基于地月中继的人类探测器月球背面软着陆就位探测及巡视勘察。首次将中继卫星技术引入深空探测领域，形成基于月球中继星的天地测控大回路，为探测器月球背面着陆及科学探测提供有效测控支持，解决了月球背面探测存在地基测控盲区的难题。

2、月球中继卫星除布设在地月l2点halo轨道之外，也可根据月球表面中继服务目标位置的不同，选择环月大椭圆轨道作为使命轨道，比如未来月球极区探测及月面科研站基本型建设，需要采用环月大椭圆轨道作为中继使命轨道。从月球中继星为中继目标提供中继服务角度来讲，与地月l2点halo轨道中继星对月球背面探测器几乎全天时可见不同，月球表面探测器与环月大椭圆轨道月球中继星之间的可见窗口时长较为有限。

3、月球探测领域引入中继卫星技术后系统构成较为复杂，比如嫦娥四号任务包含着陆器、巡视器和中继星(两器一星)三个主要飞控目标，分为中继星任务和探测器任务两个阶段实施，多任务多目标系统构成及约束极其复杂。月面长期驻留期间在轨操作控制任务繁重，探测器月面科学探测期间，中继星与探测器之间需频繁撤销、建立测控链路，需统筹考虑中继星平台控制以及通过中继星对着陆器、巡视器的控制需求，需合理安排在轨操作控制计划。引入月球中继卫星导致系统故障模式更为复杂，基于地月中继的测控链路状态更为复杂，月面长期工作期间导致故障模式发生概率大幅增加，对月球中继链路应急处置提出了较高要求。综上，亟需解决基于地月中继的多航天器协同控制难题。

4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于地月中继的多航天器协同控制方法及装置，以解决相关技术中月球中继星与中继服务目标航天器控制高度耦合，导致多目标协同控制复杂、中继资源冲突严重、故障模式发生概率增大的问题。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种基于地月中继的多航天器协同控制方法，包括：根据航天器执行任务情况确定中继资源的使用需求和优先级，结合中继星自身飞控需求确定所述航天器能够使用所述中继星的可用中继通信时间范围；在所述可用中继通信时间范围内，根据所述航天器的工作阶段及飞控需求，确定所述航天器和中继星之间的中继通信数据传输方式；根据所述中继通信数据传输方式在所述可用中继通信时间范围内对所述工作阶段的控制事件进行安排，其中，所述控制事件用于对所述航天器和/或所述中继星进行控制。

3、可选地，根据所述中继通信数据传输方式在所述可用中继通信时间范围内对所述工作阶段的控制事件进行安排之后，所述方法还包括：确定所述中继星和所述航天器在不同数据传输方式下的时延；根据所述时延创建时间同步模型；根据所述时间同步模型对所述中继星和所述航天器在不同数据传输方式下进行时间校准。

4、可选地，根据所述航天器执行任务情况确定中继资源的使用需求和优先级，结合中继星自身飞控需求确定所述航天器能够使用所述中继星的可用中继通信时间范围包括：根据航天器执行任务情况确定所述航天器对中继资源的使用需求和优先级；根据所述中继星自身飞控需求运行方式为所述航天器确定任务规划可用弧段；根据所述任务规划可用弧段、所述航天器对中继资源的使用需求和优先级，确定所述航天器的可用的时间范围航天器的可用中继通信时间范围。

5、可选地，在所述可用中继通信时间范围内，根据所述航天器的工作阶段及飞控需求，确定所述航天器和中继星之间的中继通信数据传输方式包括：确定所述航天器在不同工作阶段的通信主体，其中，所述航天器包括着陆器和巡视器，在着陆之前通信主体为所述着陆器，在着陆之后所述巡视器开始工作，通信主体为所述着陆器和所述巡视器；根据所述通信主体的数据传输需求，确定所述航天器与所述中继星之间的中继通信数据传输方式。

6、可选的，还包括：在所述中继星的数据链路处于故障模式的情况下，所述着陆器和所述巡视器通过各自第一频段将数据传输给所述中继星，所述中继星调整姿态后，通过第二频段将数据发送给地面站。

7、可选的，根据所述中继通信数据传输方式在所述可用中继通信时间范围内对所述工作阶段的控制事件进行安排包括：在所述中继通信数据传输方式开始之前，配置控制事件集合，其中，所述控制事件集合用于控制中继星创建数据传输链路；在数据传输链路创建成功后，对所述航天器的控制事件进行安排。

8、可选的，所述数据传输链路包括：返向中继链路和前向中继链路；在所述中继通信数据传输方式开始之前，配置控制事件集合，包括：根据所述中继通信数据传输方式以及控制事件的具体数据流方向，确定控制事件对应的中继通信数据传输链路，其中，地面站通过所述返向中继链路对所述航天器进行下行状态监视，所述地面站通过所述前向中继链路对所述航天器进行上行遥控发令控制；在所述控制事件开始之前，完成对应的中继通信数据链路创建工作。

9、根据本技术的另一方面，提供了一种基于地月中继的多航天器协同控制装置，包括：第一确定模块，用于根据所述航天器执行任务情况确定中继资源的使用需求和优先级，结合中继星自身飞控需求确定所述航天器能够使用所述中继星的可用中继通信时间范围；第二确定模块，用于在所述可用中继通信时间范围内，根据所述航天器的工作阶段及飞控需求，确定所述航天器和中继星之间的中继通信数据传输方式；控制模块，用于根据所述中继通信数据传输方式在所述可用中继通信时间范围内对所述工作阶段的控制事件进行安排，其中，所述控制事件用于对所述航天器和/或所述中继星进行控制。

10、根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任一种基于地月中继的多航天器协同控制方法。

11、根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述任一种基于地月中继的多航天器协同控制方法。

12、通过本技术，采用以下步骤：根据航天器执行任务情况确定中继资源的使用需求和优先级，结合中继星自身飞控需求确定航天器能够使用中继星的可用中继通信时间范围，在可用中继通信时间范围内，根据航天器的工作阶段及飞控需求，确定航天器和中继星之间的中继通信数据传输方式，根据中继通信数据传输方式在可用中继通信时间范围内对工作阶段的控制事件进行安排，其中，控制事件用于对航天器和/或中继星进行控制，分别对航天器的中继星可用时间范围，数据传输方式和控制时间安排进行规划，保证地面站通过中继星与航天器有效通信，提高了中继星的控制效率，降低中继星控制的复杂程度的技术效果，解决了相关技术中中继星与中继服务目标航天器控制高度耦合，导致多目标协同控制复杂、中继资源冲突严重、故障模式发生概率增大的问题。