[發明專利]微小衛星群編隊消耗量優化方法

有效

• 申請號: 201410589893.8
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104330971B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 蔡遠文;史建偉;程龍;姚靜波;辛朝軍;李巖;張宇;解維奇
• 申請（專利權）人: 蔡遠文
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司11241
• 代理人: 路遠

技術領域

本發明涉及一種空間姿態控制方法，特別是涉及一種用于衛星釋放及定位的能量控制方法。

背景技術

微小衛星編隊的建立過程，常用方式是從參考點釋放環繞星，形成繞飛編隊，空間平臺從指定地點釋放環繞星形成編隊，會增加任務的靈活性。但是，衛星編隊是衛星群而并非單個衛星空間姿態的建立過程。在釋放地點已經指定和編隊形成策略已經確定的情況下，還需要優化微小衛星群編隊建立過程中所需的消耗，比如能量消耗、時間消耗等等。因為受限于平臺，微小衛星攜帶的能量有限，且燃料不可再生，因此，研究微小衛星群的能量消耗具有實際意義。由于微小衛星的機動利用雙脈沖發動機采用雙脈沖機動方式，因此如何有效控制編隊建立過程中各衛星雙脈沖發動機實現最小能量消耗是當務之急。

通常利用遺傳算法作為全局優化算法，該算法被大量的應用于軌道控制優化問題研究。如Dewell應用遺傳搜索方法，對小推力軌道轉移問題進行了求解，但是遺傳算法在種群數量較小和初始化不均勻的情況下，非常容易收斂到局部最優。

對于小生境技術特征，有較好的局部搜索特性，能夠在進化后期能較好地維持種群的多樣性，目前已存在相應的數學模型。

如果將小生境技術與遺傳算法相結合完全有可能實現以能量消耗為優化目標的衛星群編隊優化方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種微小衛星群編隊消耗量優化方法，解決衛星群編隊過程中，以雙脈沖機動方式變軌機動能量消耗無法進一步降低的技術問題。

本發明的微小衛星群編隊消耗量優化方法，主要包括以下步驟：

確定衛星變軌轉移時間與燃料消耗相關的因素為轉移時間和終點位置；

確定衛星群中的衛星間編碼結構；

形成衛星變軌轉移的能耗計算方法；

對形成的衛星變軌轉移能耗進行小生境遺傳算法分析，形成最優變軌能耗數據，轉換為相應雙脈沖發動機能耗控制參數。

所述衛星變軌轉移時間為衛星上雙脈沖發動機兩次產生沖量的時間間隔，所述終點位置為衛星在編隊中穩定形態的位置。

所述衛星間編碼結構包括：采用二進制和實數混合變長度編碼，每個衛星個體由三部分組成：第一部分是代表變量的二進制代碼，第二部分是由變量、適應度值和速度沖量組成的實數，第三部分是用于表示共享函數的實數值。個體的編碼長度取決于環繞星的個數和每個環繞星進入編隊選取變量的個數。

所述能耗計算方法包括：

對于單個環繞星進入繞飛編隊時，能量消耗為：

J＝min{||v₁||+||v₂||}

對于多個環繞星異步建立編隊時，能量消耗為：

對于多個環繞星同步建立編隊時，能量消耗為：

所述小生境遺傳算法分析包括：

使用選擇、交叉和變異的遺傳操作方式；其中的算子包括：

交叉算子：在兩個父體上隨機選擇交叉位置。將父體1交叉位置之前的部分與父體2交叉位置之后的部分相連，父體2交叉位置之前的部分與父體1交叉位置之后的部分相連，生成兩個新個體；

變異算子：滿足變異條件時，在父體上隨機選擇變異位置，進行變異。

所述小生境遺傳算法分析還包括：

種群數目為100，遺傳代數為500，交叉概率為0.9，變異概率為0.1，罰函數選擇10^-30，距離參數L＝0.5。

本發明的微小衛星群編隊消耗量優化方法中，結合小生境技術與遺傳算法，以能量消耗為優化目標，通過對染色體進行合理編碼，算法可適用于單個環繞星、多星同步建立編隊、多星異步建立編隊的情況，而且該算法對衛星群釋放地點沒有要求，能夠增強微小衛星群釋放的靈活性。不但保留了遺傳算法魯棒性強、全局搜索、并行性等優點，還克服了遺傳算法局部搜索能力差的缺點。

下面結合附圖對本發明的實施例作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明微小衛星群編隊消耗量優化方法中遺傳算法的單一衛星在衛星群中的編碼結構示意圖；

圖2為本發明微小衛星群編隊消耗量優化方法中利用小生境遺傳算法進行衛星入軌的步驟示意圖。

具體實施方式

在單星進入編隊時，以兩次沖量v₁、v₂所需的能量消耗作為性能指標J，選取能量消耗最小的方案作為環繞星進入編隊的方案，J＝min{||v₁||+||v₂||}