[发明专利]一种空间对抗环境下传感器受攻击的航天器姿控方法

说明书

本发明涉及一种空间对抗环境下传感器受攻击的航天器姿控方法,针对复杂空间环境下航天器传感器受到攻击的姿态控制问题,首先，建立含有传感器攻击及外部环境干扰的航天器姿态控制系统模型；其次，在不考虑传感器攻击下，设计干扰观测器，对系统受到的外部环境干扰进行估计；再次，基于外部环境干扰估计值，设计输出滤波器及未知输入学习观测器，对传感器信息中的攻击信号进行估计；最后，结合攻击信号估计值及外部环境干扰估计值，设计复合控制器，构造出一种空间对抗环境下传感器受攻击的航天器姿控方法。本发明具有抗干扰性高、可靠性高、工程实用性强的特点，适用于传感器信息受攻击情况下航天器姿态控制系统的高精度、高可靠控制。

技术领域

本发明涉及一种空间对抗环境下传感器受攻击的航天器姿控方法，可以实现传感器攻击与外部环境干扰的同时估计与抵消，可用于复杂空间环境下航天器传感器受攻击情况下航天器自讨控制系统的高精度、高可靠性控制。

背景技术

随着空间军事化的快速演变，外层空间逐渐成为当今世界各国维护国家安全和切身利益的战略制高点，军事领域的对抗也随之拓展到了外层空间。航天器在空间对抗中不仅能作为一种武器精准打击地面目标，而且还可以提供关键的战场侦察情报、导航定位、导弹预警等重要信息，因此，对航天器进行攻击使之无法正常工作甚至坠毁已成为空间对抗的重要任务。作为航天器平台所携带的重要载荷之一，一旦传感器受到攻击，将严重影响航天器预定的功能。例如，利用大功率干扰机对传感器实施定向大功率噪声干扰能有效降低传感器的工作性能；发射与真实信号相似的干扰信号，造成错误识别与判断，使其形成虚假定位等。与此同时，航天器控制系统还面临着以下严峻挑战：一方面太阳光压力矩、气动力矩等环境干扰影响着航天器控制的精度；另一方面，由于制造工艺的欠缺及复杂空间环境的影响，使得航天器传感器即使在没有受到攻击情况下仍然会发生故障。因此，研究复杂空间环境下航天器传感器受攻击系统的抗干扰容错控制具有重要的实际价值。

目前，针对传感器信息攻击并同时含有外部描述模型干扰的抗干扰容错问题，中国专利申请号201610394941.7提出了一种基于动态输出反馈的柔性航天器主动容错控制方法，但该专利在利用输出估计残差信号和滤波器对传感器故障的真实值进行在线估计时未考虑环境干扰对故障重构精度的影响；中国专利申请号201710379752.7提出了一种柔性航天器传感器故障调节方法，但该专利一方面采用滑模控制方法，造成系统抖振；另一方面未考虑传感器故障与环境干扰的耦合性对故障重构精度的影响。综上所述，亟需解决复杂空间环境下航天器传感器受攻击时，实现航天器姿态控制系统的高精度、高可靠性控制。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对复杂空间环境下，航天器控制系统不仅受到空间环境干扰，传感器传感器系统同时受到攻击情况下的航天器控制问题，设计了一种空间对抗环境下传感器受攻击的航天器姿控方法，具有抗干扰性高、可靠性高、工程实用性强的优点。

本发明及技术解决方案为：针对复杂空间环境下航天器传感器受到攻击的姿态控制问题；首先，建立含有传感器攻击及外部环境干扰的航天器姿态控制系统模型；其次，在不考虑传感器攻击下，设计干扰观测器，对系统受到的外部环境干扰进行估计；再次，基于外部环境干扰估计值，设计输出滤波器及未知输入学习观测器，对传感器信息中的攻击信号进行估计；最后，结合攻击信号估计值及外部环境干扰估计值，设计复合控制器，构造出一种空间对抗环境下传感器受攻击的航天器姿控方法。具体实施步骤如下：

第一步，建立含有传感器攻击及外部环境干扰的航天器姿态控制系统模型Σ₁为

其中，t表示时间，x(t)＝[x₁(t)x₂(t)]^T为系统状态，为系统状态的时间导数，θ、ψ分别为航天器的滚转角、俯仰角及偏航角，分别为滚转角速度、俯仰角速度及偏航角速度；u(t)为控制输入，d(t)为由外部环境干扰，为传感器信息攻击信号；A、B、C、D为适维的已知常值系数矩阵。