[发明专利]一种基于中继通信的空间遥操作系统的最小时延实现方法

说明书

本发明涉及一种基于中继通信的空间遥操作系统的最小时延实现方法，基于“3颗赤道圆轨道中继星+3颗极地圆轨道中继星”的中继通信拓扑结构，定义地球球面和各基站、中继星的轨道方程；配置初始坐标对应的下标值，对最短、连通链路判定及对应时延值求取。本发明在保证“地球全覆盖、全时段、全轨”空间遥操作目标前提下，设计出一个“最短、连通通信链路搜索算法”，动态实现最优(最短、连通)通信链路选取，进而保证每个时刻时延动态最小化，为控制算法保证系统控制性能提供基础和可能。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，涉及一种基于中继通信的空间遥操作系统的最小时延实现方法，具体涉及一种基于中继通信的地球全覆盖、全时段和全轨空间遥操作系统的最优通信链路选取和最小时延实现方法。

背景技术

空间机器人遥操作系统，作为一类人机混合智能操控系统，具有广阔的应用前景。其中，具备“地球全覆盖(全域)、全时段(连续)、全轨(高、中、低轨)”遥操作能力，则是未来空间遥操作系统的终极目标。该目标的实现，要求天地通信必须连续、稳定、可靠。因此，精妙的中继通信拓扑结构设计就显得尤为重要。然而，复杂中继通信的引入，使得空间遥操作系统存在更大、更复杂的通信时延。众所周知，许多控制算法能够克服恒定或较小时变时延的影响，实现期望的性能指标。但是，当存在较大且复杂时变的时延时，遥操作系统不仅临场感急剧下降，甚至稳定性都无法保证。

因此，在允许或承认时延存在的前提下：如何在已有中继通信拓扑结构基础上，确定出动态最优(最短、连通)的通信链路，实现每个时刻时延的最优(最小化)，使得控制算法保证系统稳定及性能最优成为可能，是一项非常有理论和实际意义的工作。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于中继通信的空间遥操作系统的最小时延实现方法。

技术方案

一种基于中继通信的空间遥操作系统的最小时延实现方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立以“地球”球心O(0,0,0)为原点的基础坐标系，给定轨道参数，包括“地球”半径R_E、赤道/极地圆轨道“中继星”轨道半径R_RS、“空间基站”倾斜椭圆轨道长半轴焦点F₁、短半轴焦点F₂、“地面基站”轨道半径R_GB及竖坐标

给定“中继星”个数N、时延值存储空间：D_STS、正整数n、正整数nn、时间变量t、采样周期t_Sample和试验终止时间T_end；

步骤2：汇集点集合

“地球”球面上的点的集合：Ξ_E＝{(x_E,y_E,z_E)}，

“地面基站”运动轨道上的点的集合：Ξ_GB＝{(x_GB,y_GB,z_GB)}，且Ξ_GB∈Ξ_E

“赤道圆轨道中继星”运动轨道上的点的集合：

“空间基站”运动轨道上的点的集合：Ξ_SB＝{(x_SB,y_SB,z_SB)}

步骤3：计算点集Ξ_GB、Ξ_SB中点的个数，并赋值给变量

其中，size(·)为求点集中点的个数的函数；