面向未来全球覆盖、高频重访、快速响应、无感用天的应用需求，构建低轨分布、信息互联互通、云端智能协同的分布式异构星群系统，已成为天基系统的重要发展方向。本书围绕“体系架构”“任务决策与分配”“自主协同”等关键词，系统阐述了分布式异构星群架构设计理念、方法和星群协同控制方法，对星群构型设计、任务协同规划、智能任务分配、柔性智联卫星架构和星地协同综合管控等方面进行了详细论述，最后给出了分布式异构星群地面管控训练一体化仿真试验系统的工程实现案例。
本书是作者及团队多年来在卫星领域研究成果的基础上撰写的，反映了航天应用领域的新思想和新理论，具有新颖性、前沿性、理论与应用密切结合的特点和较强的工程参考价值，可供航天相关专业的研究生、工程技术人员参考。

第1章 绪论 1
1.1 研究背景2
1.2 分布式异构星群发展现状5
1.2.1 国外发展现状5
1.2.2 我国发展现状13
1.3 分布式异构星群发展趋势15
1.4 分布式异构星群典型服务场景16
1.5 分布式异构星群的内涵及特征17
1.6 本书内容安排18
参考文献18

第2章 异构星群架构设计与控制理论基础 21
2.1 轨道基础知识22
2.1.1 地心惯性坐标系22
2.1.2 轨道要素22
2.1.3 轨道要素与位置速度向量的转换关系23
2.1.4 开普勒方程24
2.2 卫星轨道空间几何关系25
2.2.1 异构星群典型轨道类型25
2.2.2 卫星星下点轨迹28
2.2.3 卫星覆盖特性计算28
2.3 轨道机动29
2.3.1 脉冲机动29
2.3.2 共面轨道机动30
2.3.3 异面轨道机动38
2.4 多圈Lambert问题41
2.4.1 转移轨道类型41
2.4.2 Lagrange时间转移方程42
2.4.3 无约束条件下的最大圈数估计43
2.5 机动燃耗需求分析44
2.6 本章小结46
参考文献46

第3章 异构星群系统架构与关键科学问题 47
3.1 大规模异构星群开放式敏捷架构48
3.2 大规模异构星群关键科学问题51
3.3 大规模异构星群关键技术52
3.3.1 大规模星群大空间尺度相对运动模型与摄动分析52
3.3.2 大规模异构星群拓扑数学模型53
3.3.3 弹性与分散状态下多属性混合目标任务分配54
3.3.4 大规模异构星群动态路由技术56
3.3.5 动态变迁过程的自主协调决策与分散规划57
3.3.6 能量匹配机理与边界维持连续最优控制方法59
3.3.7 复杂多约束下动态随机事件的集群协同响应与安全控制60
3.3.8 大规模异构星群数字化仿真平台技术61
3.4 本章小结63
参考文献64

第4章 异构星群构型设计与优化方法 69
4.1 异构星群构型设计70
4.1.1 异构星群特点介绍70
4.1.2 异构星群主要构型类型74
4.1.3 构型设计的关键技术和考虑因素76
4.2 异构星群性能分析模型79
4.2.1 性能分析指标79
4.2.2 性能分析模型的建立方法81
4.2.3 性能分析模型案例82
4.3 星群构型设计优化方法85
4.3.1 构型设计的优化目标与约束条件85
4.3.2 构型优化算法及其应用86
4.3.3 构型优化设计案例92
4.4 本章小结101
参考文献102

第5章 分布式异构星群任务协同规划 105
5.1 异构星群任务协同规划模型与指标分解107
5.1.1 任务协同规划模型107
5.1.2 知识获取与任务理解技术115
5.2 异构星群任务协同机制设计与实现121
5.2.1 四种协同机制介绍122
5.2.2 异构星群协同任务规划架构124
5.2.3 任务规划分配资源的优先原则125
5.2.4 异构星群协同交互信息127
5.2.5 异构星群自主协同流程129
5.3 异构星群智能化任务协同方法132
5.3.1 异构星群任务分配与目标聚类133
5.3.2 基于GA-SA的异构星群任务规划算法135
5.3.3 基于NSGA-Ⅱ的异构星群任务规划算法138
5.3.4 基于MADDPG的异构星群协同任务规划算法142
5.4 本章小结145
参考文献145

第6章 分布式异构星群协同控制方法 148
6.1 星群自组织构型保持控制149
6.1.1 星群构型控制的任务分类150
6.1.2 星群构型控制的优化策略150
6.1.3 星群构型控制系统的实现151
6.1.4 星群构型控制的重要目标152
6.2 基于学习的星群姿轨一体化高精度控制154
6.2.1 SE(3)上的航天器非质心点相对动力学模型154
6.2.2 基于数据驱动的航天器参数建模155
6.2.3 基于机器学习的航天器最优控制策略159
6.3 星群构型防撞策略162
6.3.1 碰撞风险评估与建模163
6.3.2 碰撞预警与监测165
6.3.3 规避机动策略优化166
6.4 多任务约束下的异构星群控制性能保证168
6.4.1 基于事件触发策略的资源管理169
6.4.2 星群系统的物理安全保证171
6.4.3 基于时序逻辑的星群动态路径规划175
6.5 本章小结178
参考文献178

第7章 柔性智联卫星架构 181
7.1 柔性智联卫星182
7.2 通用化可重构的柔性架构设计184
7.3 面向任务协同的网络智联架构设计187
7.3.1 星内多业务承载信息传输与交换设计188
7.3.2 空间多链路承载信息一体化适配设计190
7.3.3 星地/星间信息标准化传输协议设计192
7.3.4 星载网关通用化集成设计1937.4 通用化一体接口设计194
7.4.1 接口标准化194
7.4.2 高速互联总线196
7.4.3 星上电子设备即插即用199
7.5 星载健康管理系统设计201
7.5.1 星载关重部件健康感知增强技术201
7.5.2 星载智能故障识别与自主恢复技术204
7.5.3 星载健康管理计算能力适配技术208
7.6 本章小结210
参考文献210

第8章 星地协同管控 212
8.1 分布式异构星群管控理念和架构213
8.1.1 协同综合管控理念213
8.1.2 管控总体架构214
8.2 开放式星地一体协同综合管控系统216
8.2.1 云边协同智能架构216
8.2.2 资源虚拟化动态管控219
8.2.3 面向协同规划的应用管控228
8.3 边缘微云安全架构及总体设计230
8.3.1 边缘计算安全的需求分析230
8.3.2 在轨微云安全架构设计231
8.4 本章小结233
参考文献234

第9章 分布式异构星群工程仿真验证 236
9.1 全数字模拟与仿真推演系统237
9.1.1 系统架构237
9.1.2 仿真推演方案240
9.1.3 系统组成与功能243
9.1.4 系统工作流程248
9.2 虚实结合半物理仿真验证252
9.2.1 系统组成252
9.2.2 系统架构255
9.2.3 系统功能模块实现途径257
9.2.4 仿真验证方法260
9.3 分布式异构星群工程仿真262
9.3.1 异构星群任务分配和协同规划仿真262
9.3.2 多约束下星群协同控制仿真273
9.4 本章小结281
参考文献281