一種基于一致性理論的衛(wèi)星協(xié)同自主探測(cè)方法

張　宇，曾國(guó)強(qiáng)，高玉東

（國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410073）

一種基于一致性理論的衛(wèi)星協(xié)同自主探測(cè)方法

張宇，曾國(guó)強(qiáng)，高玉東

（國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410073）

為了提高天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)對(duì)空間碎片探測(cè)能力，研究了一種基于一致性理論的衛(wèi)星協(xié)同自主探測(cè)方法，對(duì)系統(tǒng)中的衛(wèi)星進(jìn)行協(xié)同控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間碎片進(jìn)行最長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)跟蹤探測(cè)。探測(cè)星座利用招投標(biāo)機(jī)制選取探測(cè)效果最好的衛(wèi)星，空間碎片周圍的衛(wèi)星載荷再利用一致性理論，協(xié)同自主地指向空間碎片，以實(shí)現(xiàn)探測(cè)星座對(duì)空間碎片連續(xù)跟蹤。仿真結(jié)果說明了該方法的有效性，1 d內(nèi)探測(cè)星座對(duì)典型空間碎片的最大連續(xù)觀測(cè)時(shí)間由協(xié)同前的6min提高到了協(xié)同后的39min，提高了約5倍，總觀測(cè)時(shí)間由協(xié)同前的1.5 h提高到13 h，提高了約8倍。該方法提高了觀測(cè)效能，可為天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)提供一種對(duì)空間碎片協(xié)同探測(cè)的技術(shù)途徑。

天基空間碎片探測(cè)；衛(wèi)星協(xié)同；招投標(biāo)機(jī)制；一致性理論

空間碎片探測(cè)系統(tǒng)利用地基或天基探測(cè)設(shè)備對(duì)軌道碎片運(yùn)行情況進(jìn)行觀測(cè)，經(jīng)綜合處理，分析碎片信息并進(jìn)行編目，掌握空間態(tài)勢(shì)，防止空間碎片對(duì)航天器產(chǎn)生危害[1-3]。而天基系統(tǒng)與地基系統(tǒng)相比，具有覆蓋范圍廣、測(cè)量精度高、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[4]，因而天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)成為一種趨勢(shì)。為了更好地對(duì)重點(diǎn)空間碎片進(jìn)行觀測(cè)，衛(wèi)星之間需要進(jìn)行協(xié)同，降低探測(cè)任務(wù)的成本、提高整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)效能。

由于天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)與衛(wèi)星協(xié)同自主探測(cè)相結(jié)合的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作。張凡[5]提出了一類與狀態(tài)變量相關(guān)的加權(quán)算法，提高了基于加權(quán)無向圖一致性算法的分布式協(xié)同控制系統(tǒng)的性能，但算法中變權(quán)系數(shù)的構(gòu)造過程還不夠科學(xué)；畢鵬等[6]利用一致性理論設(shè)計(jì)了非線性的航天器編隊(duì)飛行協(xié)同控制律，能夠適用于動(dòng)態(tài)的編隊(duì)飛行信息拓?fù)浣Y(jié)果；張博[7]等提出了一種基于信息一致性的分布式協(xié)同控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)多航天器編隊(duì)構(gòu)型建立、保持與整體機(jī)動(dòng)的協(xié)同控制。另外，不少學(xué)者將其他領(lǐng)域的方法融入到協(xié)同控制方法的研究中，取得了不錯(cuò)效果，例如“招標(biāo)-投標(biāo)-評(píng)標(biāo)”機(jī)制[8]、“分治-合作”策略[9]、“領(lǐng)導(dǎo)-跟隨”方法[10]等將多顆衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)的探測(cè)看成是二元整數(shù)程序問題，發(fā)現(xiàn)了將公式轉(zhuǎn)化成線性問題的方法、WeiRen等[11]提出了一種基于多飛行器系統(tǒng)本地信息交換的分布式協(xié)同方法。另外，于澤等[12]提出了一種探測(cè)方法，利用星座中的多個(gè)系統(tǒng)多視角、同時(shí)觀測(cè)同一個(gè)區(qū)域，對(duì)獲取的信息進(jìn)行分布式檢測(cè)，從而提升了系統(tǒng)的探測(cè)能力。

從上述研究工作來看，目前對(duì)衛(wèi)星間協(xié)同控制方法的研究，大多是基于衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型建立或保持等方面的控制，并沒有給出探測(cè)星座針對(duì)某個(gè)具體探測(cè)任務(wù)而進(jìn)行協(xié)同控制的方法；另外，還有少部分方法是基于天基合成孔徑雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的，與天基光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)相比在探測(cè)載荷和探測(cè)方法上還是略有不同。總而言之，目前學(xué)者研究的方法不能很好地滿足天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)協(xié)同自主探測(cè)的要求。本文基于天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)某項(xiàng)具體的空間碎片監(jiān)測(cè)任務(wù)，研究出一整套衛(wèi)星間協(xié)同自主探測(cè)的方法。

本文根據(jù)一致性理論和招投標(biāo)機(jī)制研究了一種天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)協(xié)同自主探測(cè)方法。一致性理論解決衛(wèi)星的協(xié)同控制問題，而招投標(biāo)機(jī)制可將探測(cè)任務(wù)在衛(wèi)星之間進(jìn)行合理分配。首先，應(yīng)用招投標(biāo)機(jī)制，在對(duì)空間碎片可見的衛(wèi)星中篩選出對(duì)碎片探測(cè)效果好的衛(wèi)星，指向碎片進(jìn)行探測(cè)；再應(yīng)用一致性理論，協(xié)同控制對(duì)碎片可見的衛(wèi)星，使它們的載荷都指向碎片并進(jìn)行探測(cè)；最后，對(duì)本文所研究協(xié)同方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明這種方法切實(shí)可行，提高了探測(cè)星座對(duì)空間碎片的觀測(cè)效能。

1 協(xié)同自主探測(cè)方法描述

1.1協(xié)同自主探測(cè)問題描述

當(dāng)探測(cè)星座執(zhí)行探測(cè)任務(wù)時(shí)，多顆衛(wèi)星之間需要進(jìn)行協(xié)同控制，以調(diào)用對(duì)碎片探測(cè)效果最好的衛(wèi)星參與探測(cè)任務(wù)，提高效率。因此，需要研究出一種星間自主協(xié)同控制的方法，針對(duì)不同的碎片探測(cè)任務(wù)，協(xié)同控制調(diào)用不同的衛(wèi)星，以達(dá)到協(xié)調(diào)配合、提高探測(cè)效率的目的。

1.2協(xié)同自主探測(cè)任務(wù)目標(biāo)

協(xié)同自主探測(cè)的任務(wù)目標(biāo)，可以是減少搜索碎片的時(shí)間、提高識(shí)別碎片的準(zhǔn)確率、提高對(duì)碎片的定位精度，等等，而本文主要的研究目標(biāo)是提高探測(cè)星座對(duì)空間碎片的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間。

1.3協(xié)同自主探測(cè)方法流程

天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)協(xié)同自主探測(cè)流程圖如圖1所示，具體過程如下：當(dāng)探測(cè)星座執(zhí)行探測(cè)任務(wù)時(shí)，衛(wèi)星載荷方向保持不變，并搜索空間碎片。最先發(fā)現(xiàn)碎片的衛(wèi)星將碎片信息告知碎片周圍的其他衛(wèi)星。若碎片周圍沒有其他的衛(wèi)星，就將最先發(fā)現(xiàn)碎片的衛(wèi)星作為探測(cè)效果最好的衛(wèi)星；若有其他衛(wèi)星對(duì)碎片可見，就對(duì)這些衛(wèi)星進(jìn)行招投標(biāo)，選出探測(cè)效果最好的。然后，令探測(cè)效果最好的衛(wèi)星跟蹤碎片再利用一致性算法使碎片周圍的衛(wèi)星載荷都指向碎片。當(dāng)碎片飛出探測(cè)效果最好的衛(wèi)星的探測(cè)范圍時(shí)，若還有其他衛(wèi)星對(duì)碎片可見，就再進(jìn)行招投標(biāo)；若沒有其他衛(wèi)星對(duì)碎片可見，探測(cè)星座就要回到初始狀態(tài)重新對(duì)碎片進(jìn)行搜索。

圖1 探測(cè)星座協(xié)同自主探測(cè)流程圖Fig.1 Flow chartof cooperative and autonomous detection of the constellation

下面對(duì)協(xié)同自主探測(cè)方法涉及到的主要技術(shù)進(jìn)行介紹，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

2 篩選最優(yōu)探測(cè)衛(wèi)星的招投標(biāo)機(jī)制

2.1招投標(biāo)機(jī)制的數(shù)學(xué)模型

當(dāng)探測(cè)星座執(zhí)行探測(cè)任務(wù)的過程中，會(huì)存在多顆衛(wèi)星同時(shí)對(duì)空間碎片可見的情況，這就涉及到選取探測(cè)效果最好的衛(wèi)星，可以選用一種基于多屬性決策的招投標(biāo)機(jī)制進(jìn)行篩選。招標(biāo)方是最先發(fā)現(xiàn)碎片的衛(wèi)星，投標(biāo)方是碎片周圍的其他衛(wèi)星，衛(wèi)星自主完成招投標(biāo)的全過程。

首先，招標(biāo)方向投標(biāo)方發(fā)布所要探測(cè)碎片的基本信息；其次，投標(biāo)方向招標(biāo)方進(jìn)行投標(biāo)；最后，招標(biāo)方對(duì)投標(biāo)方的各個(gè)屬性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而對(duì)投標(biāo)方進(jìn)行排序，選擇評(píng)價(jià)最高的投標(biāo)方作為探測(cè)效果最好的衛(wèi)星來執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。

評(píng)標(biāo)的具體過程如下。

步驟1：根據(jù)定性語言和定量語言的對(duì)應(yīng)關(guān)系，把投標(biāo)方屬性中的定性模糊語言轉(zhuǎn)換為定量數(shù)值，生成屬性綜合決策矩陣

步驟2：對(duì)屬性綜合決策矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，也就是根據(jù)屬性值的具體意義和數(shù)值大小，將矩陣A中的元素映射到[0，1]區(qū)間內(nèi)，生成規(guī)范化后的決策矩陣

步驟3：分別對(duì)投標(biāo)方的各個(gè)屬性進(jìn)行權(quán)相加，得到每個(gè)投標(biāo)方與理想方案的貼近度。各屬性的權(quán)重

貼近度越大，則投標(biāo)方案越接近理想方案。

步驟4：根據(jù)貼近度大小排序，根據(jù)最大貼近度選出探測(cè)效果最好的衛(wèi)星。

2.2屬性的分類

招標(biāo)方根據(jù)投標(biāo)方案的各個(gè)屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)投標(biāo)方案進(jìn)行排序，從中選擇綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的方案。

在實(shí)際多屬性招投標(biāo)過程中，為了保持信息的完整性，使決策結(jié)果可靠性程度盡可能高，避免決策失誤，經(jīng)常會(huì)遇到招投標(biāo)屬性信息不單是不變的實(shí)數(shù)類型，往往還會(huì)有一些不確定性的招投標(biāo)信息。本文根據(jù)各類不同的招投標(biāo)屬性信息，將其分為3類。

2）屬性值是定量的、連續(xù)的區(qū)間數(shù)。在招投標(biāo)過程中，由于各種原因會(huì)出現(xiàn)各種不確定屬性信息，如：在執(zhí)行任務(wù)過程中，衛(wèi)星調(diào)整載荷指向碎片的操作需要調(diào)整時(shí)間，載荷初始指向和碎片的位置都會(huì)影響時(shí)間。針對(duì)這一問題，用區(qū)間數(shù)來表示各種不確定屬性信息。

3）屬性值是定性的模糊語言評(píng)價(jià)。在招投標(biāo)過程中，有些屬性信息只能定性地給出一個(gè)模糊語言評(píng)價(jià)來體現(xiàn)屬性的重要性，如：衛(wèi)星與碎片的相對(duì)位置關(guān)系就可以定性的劃分為接近、遠(yuǎn)離。三角模糊數(shù)表示簡(jiǎn)單直觀，易于理解，能很好的表示多種變量。根據(jù)表1中的量化規(guī)則，將定性的模糊語言評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)表示。

表1 模糊語言項(xiàng)和三角模糊數(shù)之間的關(guān)系Tab.1 Relationship of fuzzy language and triangle fuzzy number

屬性綜合決策矩陣中，下標(biāo)為 j，當(dāng) j=1,2,…,h1時(shí)為實(shí)數(shù)型屬性值；當(dāng) j=h1+1,h1+2,…,h1時(shí)為區(qū)間型屬性值；當(dāng) j=h2+1,h2+2,…,hm時(shí)為模糊數(shù)型屬性值。

2.3 屬性的選擇

在評(píng)標(biāo)過程中，評(píng)標(biāo)屬性對(duì)任務(wù)分配的結(jié)果有很大影響，探測(cè)任務(wù)評(píng)標(biāo)階段中，選擇以下評(píng)標(biāo)屬性。

1）衛(wèi)星距碎片的距離。對(duì)于觀測(cè)任務(wù)，衛(wèi)星到碎片的距離越近，就越有利于衛(wèi)星對(duì)碎片的探測(cè)與識(shí)別。衛(wèi)星距碎片的距離與衛(wèi)星、碎片的位置有關(guān)，是固定不變的，是實(shí)數(shù)類型屬性。

2）衛(wèi)星對(duì)碎片可見弧段。衛(wèi)星對(duì)碎片的可見弧段就是碎片在衛(wèi)星的可見范圍之內(nèi)的持續(xù)時(shí)間。可見，弧段越長(zhǎng)，就越有利于衛(wèi)星對(duì)碎片的持續(xù)跟蹤，丟失碎片的可能性就越低。當(dāng)衛(wèi)星和碎片的相對(duì)位置關(guān)系確定時(shí)，衛(wèi)星對(duì)碎片的可見弧段是固定不變的，是實(shí)數(shù)型屬性。

3）衛(wèi)星載荷指向調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)短。衛(wèi)星載荷初始指向是衛(wèi)星速度方向，當(dāng)碎片出現(xiàn)在衛(wèi)星載荷的可探測(cè)距離內(nèi)，碎片不一定恰好在載荷的視場(chǎng)內(nèi)，這時(shí)需要調(diào)整載荷指向，對(duì)碎片進(jìn)行搜索。因?yàn)椴煌闆r下載荷調(diào)整的時(shí)間不同，并且每次調(diào)整后碎片出現(xiàn)在載荷視場(chǎng)中的位置也不盡相同，所以載荷調(diào)整的時(shí)間是一個(gè)范圍，用區(qū)間數(shù)表示。

4）衛(wèi)星接近還是遠(yuǎn)離碎片。在衛(wèi)星對(duì)碎片的可見弧段內(nèi)，衛(wèi)星和碎片的相對(duì)位置關(guān)系可分為接近和遠(yuǎn)離，這項(xiàng)屬性是用定性的模糊語言來評(píng)價(jià)的，通過表將模糊語言評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)表示。

3 基于一致性理論連續(xù)探測(cè)模型

3.1 一致性理論的概念

一致性是指隨著時(shí)間的增加，一個(gè)多成員系統(tǒng)中所有成員的狀態(tài)趨于一致。其基本思想是：系統(tǒng)中所有成員通過通信獲取近鄰的其他成員的信息，然后利用所獲取的信息生成控制協(xié)議，整個(gè)系統(tǒng)通過相互協(xié)同在關(guān)鍵信息量上達(dá)成一致。其優(yōu)勢(shì)在于：一致性算法只需要利用鄰居集合的信息，而不需要獲取系統(tǒng)所有成員的信息，適用于系統(tǒng)成員信息交互受限或系統(tǒng)規(guī)模較大的編隊(duì)。

在篩選出探測(cè)效果最好的衛(wèi)星后，還要將碎片的信息傳遞給碎片周圍其他的衛(wèi)星，使它們的載荷都指向碎片。這就要求衛(wèi)星獲取近鄰的其他成員的信息，然后利用所獲取的碎片信息生成自身控制協(xié)議，使碎片周圍衛(wèi)星的載荷通過相互協(xié)同一致地指向碎片。

3.2基于一致性理論的數(shù)學(xué)模型

連續(xù)時(shí)間一致性協(xié)議的基本形式：

式中，A=[] aij為鄰接矩陣。建立動(dòng)力學(xué)模型：

式（5）中：rk∈?n和vk∈?n分別為第k顆衛(wèi)星載荷指向的位置矢量和調(diào)整速度矢量；uk∈?n為第k顆衛(wèi)星載荷的控制輸入。

針對(duì)此類二階系統(tǒng)的一致性問題提出連續(xù)時(shí)間下的核心控制算法：

因此，動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型可寫成：

而在實(shí)際探測(cè)任務(wù)中，總是期望衛(wèi)星載荷指向朝著碎片的方向機(jī)動(dòng)，所以給出了具有唯一固定Leader的變權(quán)二階一致性算法。該Leader設(shè)定為碎片的位置。算法如下：

容易證明，如果‖rk-rd‖≤R<∞，在算法的協(xié)同作用下，系統(tǒng)可達(dá)到一致，即對(duì)任意的rk(0)和vk(0)，當(dāng)t→∞時(shí)，滿足rk(t)→rd和vk(t)→0，k={1,2,…,N}。因此，經(jīng)過一段調(diào)整時(shí)間，衛(wèi)星載荷指向碎片方向。

4 仿真結(jié)果與分析

基于建立的天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)文中提出的基于一致性理論的衛(wèi)星協(xié)同自主探測(cè)方法，包括一致性算法和招投標(biāo)機(jī)制進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

假設(shè)天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)是由15顆衛(wèi)星組成的Walker星座，其參數(shù)為15/5/2，種子星軌道根數(shù)：a=6 892.6km、e=0、i=97.461 6°、Ω=359.413°、ω=0°、f=0°。衛(wèi)星編號(hào)的規(guī)則為第1個(gè)數(shù)字代表軌道面、第2個(gè)數(shù)字代表該軌道面上第幾顆的衛(wèi)星，如S53表示第5個(gè)軌道面上的第3顆衛(wèi)星。選取的典型空間碎片的軌道根數(shù)：a=6 735.64 km、e=0.001 855 8、i=43.5°、ω=320°、Ω=125°、f=100°。載荷選用寬視場(chǎng)探測(cè)載荷，視場(chǎng)角為120°×25°，空間分辨率為8.792 9″。

用天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行碎片探測(cè)任務(wù)，初始時(shí)刻，衛(wèi)星載荷指向都是衛(wèi)星速度方向，仿真初始時(shí)間為2014年8月1日8時(shí)40分。8時(shí)42分，有4顆衛(wèi)星S12、S22、S43、S53可以對(duì)碎片可見，所以共有4顆衛(wèi)星向招標(biāo)方發(fā)送投標(biāo)書，投標(biāo)書中包含了4顆衛(wèi)星的有關(guān)影響任務(wù)完成的屬性信息，屬性信息見表2。經(jīng)過招

投標(biāo)篩選，可得各衛(wèi)星與理想方案的貼近度大小排序?yàn)閁43 >U12 >U53 >U22 。通過排序結(jié)果可知衛(wèi)星S43 在參與投標(biāo)的4 顆衛(wèi)星中探測(cè)效果最好，因而選擇衛(wèi)星S43 探測(cè)碎片。衛(wèi)星S43 將碎片信息告知碎片特定范圍內(nèi)的衛(wèi)星：S12 、S22 、S53 ，將碎片設(shè)為L(zhǎng)eader，利用唯一固定Leader的變權(quán)二階一致性算法，調(diào)整它們的載荷都指向碎片。衛(wèi)星S12載荷指向經(jīng)過一致性算法調(diào)整后如圖2所示，而衛(wèi)星S22、S53載荷指向調(diào)整結(jié)果與S12的結(jié)果相似。

表2 影響任務(wù)完成的各屬性信息Tab.2 A llattribute informationwhich influencem ission

圖2 衛(wèi)星S12的載荷指向調(diào)整結(jié)果Fig.2 Adjust resultof S12loading directing

衛(wèi)星S43一直對(duì)碎片進(jìn)行探測(cè)，而且其周圍的衛(wèi)星S12、S22、S53載荷也都指向碎片，如圖3所示。

圖3 4顆衛(wèi)星的載荷都指向碎片F(xiàn)ig.3 Four satellites'loading directing to debris

當(dāng)衛(wèi)星S43無法對(duì)碎片可見時(shí)，其他衛(wèi)星繼續(xù)探測(cè)碎片。碎片繞地球飛行一圈，探測(cè)星座對(duì)碎片探測(cè)的協(xié)同探測(cè)流程如圖4所示。

圖4 探測(cè)星座對(duì)碎片的協(xié)同探測(cè)流程Fig.4 Flow chartof cooperative and autonomousdetection to debris

探測(cè)星座按照上述流程對(duì)碎片進(jìn)行自主協(xié)同探測(cè)，得到協(xié)同前后探測(cè)星座對(duì)碎片的探測(cè)效能對(duì)比如表3所示。其中，仿真時(shí)間為24 h。

表3 協(xié)同前后星座對(duì)碎片的觀測(cè)效能對(duì)比Tab.3 Comparison of collaborative and front and read constellation fragment

其中，協(xié)同前所有載荷都指向其所在衛(wèi)星的運(yùn)行速度方向，并且指向始終保持不變。

經(jīng)過上述協(xié)同方法，探測(cè)星座對(duì)碎片總觀測(cè)時(shí)間由90min增加到了794min，其中連續(xù)最長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間由 6min增加到了 39min；總觀測(cè)間隔時(shí)間由1349min減少到了646min，其中最長(zhǎng)觀測(cè)間隔時(shí)間由252min減少到了39min。可以看出，相比于協(xié)同前，探測(cè)星座對(duì)碎片的總觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)和最大觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)都顯著提高，而總觀測(cè)間隔和最大觀測(cè)間隔都顯著縮短。以上是一天內(nèi)的仿真情況，探測(cè)星座對(duì)碎片的協(xié)同探測(cè)流程在一天內(nèi)會(huì)循環(huán)重復(fù)。因此，一天的仿真情況完全可以代表長(zhǎng)期情況。可以得出結(jié)論：經(jīng)過協(xié)同探測(cè)星座對(duì)碎片的觀測(cè)效能有了顯著的提高。

5 結(jié)論

本文提出了一種基于一致性理論的衛(wèi)星協(xié)同自主探測(cè)方法，以提高天基空間碎片探測(cè)系統(tǒng)對(duì)碎片的連續(xù)觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為目的，通過對(duì)一致性理論的研究，將一致性理論應(yīng)用于衛(wèi)星協(xié)同控制的方法中。運(yùn)用招投標(biāo)機(jī)制選取了對(duì)碎片探測(cè)效果最好的衛(wèi)星，利用所獲取的碎片信息，使碎片周圍的衛(wèi)星載荷通過相互協(xié)同一致地指向碎片。給出了探測(cè)星座從接受探測(cè)任務(wù)到搜索碎片、再到連續(xù)探測(cè)碎片的一整套流程。仿真驗(yàn)證結(jié)果說明了這種方法的有效性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)典型碎片的重點(diǎn)觀測(cè)效能大幅提升。

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A Cooperative and Autonomous Detection Method Among Satellites Based on the Consensus Theory

ZHANGYu,ZENGGuoqiang,GAOYudong

（SchoolofAerospace Scienceand Engineering,NationalUniversity ofDefense Technology,Changsha 410073,China）

In order to improve the detection ability of the space-based space debris detection system,a cooperative and au?tonomous detectionmethod based on the consensus theorywas proposed.The satellitesof the system were controlled coop?eratively to follow the space debrisas longaspossible.The satellitewhich had thebestdetection effectwas selected by the process ofbidding.Then the satellites detectorswere pointed to the space debris autonomously based on consensus theory. The simulation result indicated the availability of themethod.In one day,themaximum continuousobservation time to the typical space debris extends from 6minutes before the cooperation to 39minutes after the cooperation.It increased about 5 times.The totalobservation time extended from 1.5 hours to 13 hours.It increased about13 times.So it improved the ob?servation efficiency observably.Thismethod can offer a technology approach of cooperative detection to the space debris for the space-based space debris detection system.

space-based space debris detection;satellite cooperation;processofbidding;consensus theory

1673-1522（2016）02-0107-06DOI:10.7682/j.issn.1673-1522.2016.02.002

V439

A

2015-08-23；

2016-01-11

國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目（2014AA70XXXX3G）

張宇（1990-），男，碩士。