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龙图腾网获悉中国空间技术研究院申请的专利一种基于管道模型预测控制的卫星编队构型保持方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115840462B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-14发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211435933.4，技术领域涉及：G05D1/46；该发明授权一种基于管道模型预测控制的卫星编队构型保持方法是由张磊;邹恒光;周钠;任军强;陈特;高梓贺;杨凌轩;周镒;陈小燕;史大威;宋继良设计研发完成，并于2022-11-16向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于管道模型预测控制的卫星编队构型保持方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于管道模型预测控制的卫星编队构型保持方法，包括：建立卫星相对运动模型；确定卫星相对运动模型的状态与控制输入约束；根据确定的卫星相对运动模型的状态与控制输入约束，进行优化问题求解，得到最优控制量；根据求解得到的最优控制量，控制卫星编队内各卫星的推进器点火策略，实现卫星跟踪参考卫星的轨迹为最优轨迹。基于本发明所述的方法，可确定卫星编队内每一颗卫星所需的轨道控制力，使得编队内卫星之间既可以保证安全间隔距离，又可以保持相对稳定的位置关系。

本发明授权一种基于管道模型预测控制的卫星编队构型保持方法在权利要求书中公布了：1.一种基于管道模型预测控制的卫星编队构型保持方法，其特征在于，包括： 建立卫星相对运动模型； 确定卫星相对运动模型的状态与控制输入约束； 根据确定的卫星相对运动模型的状态与控制输入约束，进行优化问题求解，得到最优控制量； 根据求解得到的最优控制量，控制卫星编队内各卫星的推进器点火策略，实现卫星跟踪参考卫星的轨迹为最优轨迹； 建立卫星相对运动模型，包括： 获得卫星编队内各卫星当前在地心赤道坐标系下的速度位置矢量，并由构型要求确定各个卫星的参考轨道； 用CWH方程表示卫星编队内每颗卫星与参考轨道之间的相对运动： 其中，m表示卫星质量；[δxδyδz]T表示卫星在参考卫星的Hill坐标系下的位置矢量；Fx,Fy,Fz表示卫星在参考卫星的Hill坐标系下的推力；ap,x,ap,y,ap,z表示卫星在参考卫星的Hill坐标系下的摄动加速度；n表示轨道的平均转速，μE表示地球的引力系数，r表示卫星质心到地心的距离；对于主星来说，参考卫星是假定的一颗虚拟卫星，对于跟随卫星来说，参考卫星即为其相邻的卫星； 令卫星相对轨道名义状态卫星相对轨道名义控制推力用代指代指则卫星相对运动模型表示为： 其中，A表示系统的状态矩阵，B表示系统的输入矩阵，D表示系统的干扰作用矩阵，apt表示总的摄动加速度； 确定卫星相对运动模型的状态与控制输入约束，包括： 对式1进行离散化，得到卫星相对运动模型的离散化表达式： 其中，Ad、Bd、Dd分别表示矩阵A、B、D离散化后的形式； 将卫星相对运动模型的误差连同各类外部不确定性视为系统的加性不确定性w；其中， 则，卫星实际的相对运动模型表示如下： xk+1＝Adxk+Bduk+Ddapk+w···3 其中，xk表示卫星相对轨道实际状态，uk表示卫星相对轨道实际控制推力； 将系统状态与系统输入约束描述为： 其中，x为xk简写，表示卫星相对轨道实际状态集合，xlb表示卫星相对轨道实际状态下界，xub表示卫星相对轨道实际状态上界，u为uk简写，表示卫星相对轨道实际控制推力集合，ulb表示卫星相对轨道实际控制推力下界，uub表示卫星相对轨道实际控制推力上界； 定义真实卫星相对位置xk与模型预示的位置之间的误差 考虑以下反馈控制器： 其中，K表示反馈矩阵； 则，对应的误差系统为： 则有： 其中，φk表示误差系统鲁棒正向不变集； 则，在任意时刻k，误差系统的真实状态满足： 其中，表示两个集合间的闵可夫斯基和； 则，卫星相对运动模型的状态与控制输入约束表示为： 其中，表示两个集合间的闵可夫斯基差； 根据确定的卫星相对运动模型的状态与控制输入约束，进行优化问题求解，得到最优控制量，包括： 定义代价函数J： 其中，Np表示k时刻时的预测步长，表示预测状态，表示终端状态，Q表示状态权值矩阵、R表示控制权值矩阵、P表示终端权值矩阵； 对于卫星编队内的所有卫星，每颗卫星单独求解下述优化问题： 其中，和分别表示求解式12得到的有限时域内的最优控制量与最优状态； 则式6所定义的次级控制器表示为： 通过式13，求解得到最优控制量u*k。

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