【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，属于航空航天。
技术介绍
1、在空间引力波探测、空间互联网星座构建等航天任务中，需要多颗航天器在超远距离进行多条激光链路的建立和维持。任一激光链路的建立需要两航天器依次进行相互激光扫描，该过程对建链中两航天器激光扫描和捕获的时机提出了严格要求。由于激光链路未建立时航天器之间缺乏星间通信条件，这使得航天器之间激光扫描捕获的时序协同尤为困难。
2、在已发展的激光建立方法中，在先技术[1](张倩云等.用于空间引力波探测的星间激光链路捕获方法和系统[p].中国,202110891730.5.)，提供了一种用于空间引力波探测的星间激光链路捕获方法，并使用simulink搭建仿真系统对星间链路捕获过程进行模拟。然而该方法主要研究激光扫描的方式，未对两建链航天器之间的扫描捕获时序协同问题做出研究。
3、在先技术[2](ales f,gath p.f,johann u.modeling and simulation of alaser ranging interferometer acquisition and guidance algorithm[j].journal ofspacecraft and rockets,2014,51(1):226-238.)，提供了一种激光测距干涉仪捕获与制导算法，对激光建链过程进行了建模，并对捕获与制导过程进行了仿真模拟。然而该方法同样未解决激光建链过程中多星扫描捕获的时序协同问题，未对缺乏星间通信条件下多星之间的协同机制
技术实现思路
1、针对缺乏星间通信条件时的多航天器协同激光建链问题，本专利技术主要目的是提供一种欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，能够对建链过程多航天器的扫描捕获活动进行时序协同，防止不同航天器多次扫描的激光信号相互干扰，保障激光扫描捕获的顺利进行和激光链路的稳定建立，实现星间稳定激光通信。本专利技术具有对变主星建链过程兼容性高、适用范围广的优点，能够在缺乏星间激光通信条件的情况下完成多航天器之间的任务执行时间协同。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术公开的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，待建链航天器获取星间链路目标和相对位置进行姿态机动，使得星上激光器粗对准目标航天器，针对任一待建链路，构建主从星建链活动时序约束关系，主星进行激光扫描而从星进行激光捕获；若从星未能在预定时间内捕获激光光斑则自动交换主从星关系，并进行激光扫描；若从星在预定时间内捕获光斑，则基于时间预估策略更新从星激光扫描时间，实现主从星时序协同；当主星捕获从星激光光斑后，双星进行高频激光互扫和激光器指向调整，直至激光稳定在双星视野中心，完成欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链。本专利技术充分利用两建链航天器多次激光扫描需要依次错开的时序特性，对建链过程多航天器的扫描捕获活动进行时序协同，防止不同航天器多次扫描的激光信号相互干扰，保障激光扫描捕获的顺利进行和激光链路的稳定建立。
4、本专利技术公开的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，包括以下步骤：
5、步骤1，待建链航天器获取星间链路目标和星间相对位置进行姿态机动，使得星上激光器粗对准目标航天器。
6、任一待建链航天器读取地面上传的或者星上预载的星间链路目标goals＝{pair(sati,satj,tij)|i,j∈[1,n],i≠j}，从而确定待建链目标航天器信息。其中，pair(sati,satj,tij)表示编号为i和j的航天器之间需要建立一条激光链路，sati为主星，satj为从星，tij表示建链活动的初始时间，而n为待建链航天器的总数。
7、任一待建链航天器i读取地面上传的测定轨数据或者星上根据星历表递推的轨道数据，根据目标航天器编号j查询确定其在惯性坐标系下的坐标位置，进而计算本体坐标系下的目标航天器坐标位置，将本体系原点到目标航天器的矢量作为姿态期望指向，通过进行姿态机动使得星上激光器粗对准目标航天器。
8、所述待建链航天器搭载着一个或多个激光器和ccd，每个激光器的指向不同，任一激光器都配有一个与激光器指向相同的ccd，所述ccd用于捕获目标航天器发射的激光。激光器进行激光扫描时发射的激光对其配对的ccd有致盲效果，因而两者不能同时工作，即同一航天器不能同时进行激光扫描和激光捕获。
9、步骤2，根据步骤1获取的星间链路目标，针对任一待建星间激光链路，构建主从星激光扫描活动和激光捕获活动的时序约束关系。
10、所述激光扫描、捕获等任一活动的执行时间用元组<ts,te,duration>表示，其中，ts表示活动开始时间，te表示活动结束时间，duration表示活动持续时间，即duration＝te-ts。考虑到活动执行过程受环境、航天器状态因素影响，实际活动持续时间duration并非定值，而是处于一个区间[min(duration),max(duration)]。
11、根据步骤1所述星间链路目标goals＝{pair(sati,satj,tij)|i,j∈[1,n],i≠j}，对于任一待建激光链路pair(sati,satj,tij)，将主星sati的激光扫描活动时间表示为<ts_s1,te_s1,d_s1>，主星sati的激光捕获活动时间表示为<ts_w2,te_w2,d_w2>，从星satj的激光扫描活动表示为<ts_s2,te_s2,d_s2>，从星satj的激光捕获活动表示为<ts_w1,te_w1,d_w1>。
12、所述主星指该航天器需要先于从星使用星载激光器进行激光扫描，所述从星的激光捕获活动先于主星，即对于任一激光链路pair(sati,satj,tij)，需满足以下时序约束关系：
13、
14、从星激光捕获活动时间需要覆盖主星激光扫描时间，主星激光捕获活动时间同样需要覆盖从星激光扫描时间，即满足以下时序约束关系：
15、
16、步骤3，将当前链路建立起始时间初始化为t0＝tij，主星从t0开始发射激光对从星进行激光扫描，从星则是从t0开始对主星进行激光捕获。
17、所述主星激光扫描的活动时间表示为：
18、
19、所述从星激光捕获的活动时间表示为：
20、
21、由于缺乏星间通信条件，主星激光器在进行激光扫描时并不能确定其激光光斑是否被从星的ccd捕获。因而当从星捕获到主星发射的激光光斑时，主星的激光扫描活动并不会立即停止。
22、步骤4，若从星ccd在时间区间[t0,t0+d_w1]内已捕获主星发射的激光，则执行步骤5，否则，执行步骤6。
23、步骤5，从星响应激光光斑，主从星基于时间预估策略实现扫描捕获活动时序协同，通过主从星高频互扫完成双星链路建立，之后执行步骤8。...
【技术保护点】
1.欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：步骤1实现方法为，
3.如权利要求2所述的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
4.如权利要求3所述的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：步骤3中，
5.如权利要求4所述的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：步骤5实现方法为，
【技术特征摘要】
1.欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光建链方法，其特征在于：步骤1实现方法为，
3.如权利要求2所述的欠通信下多航天器光斑响应式自主激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，周俊辉，李朝玉，崔平远，尚海滨，朱圣英，高艾，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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