[發明專利]一種深空探測全局發射窗口搜索方法

在審

• 申請號: 201810264801.7
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108460496A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 周誌元;王衛華;劉宇;許賢鋒;朱慶華
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N3/12
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

本發明公開了一種深空探測全局發射窗口搜索方法，包含如下步驟：S1，確定探測目標天體的序列及探測任務的時間范圍；S2，設計遺傳算法對搜索個體的編碼方式，以采用浮點數編碼方式對發射時間和到達時間進行編碼；S3，設計遺傳算法的適應度函數，通過星歷計算和蘭伯特算法，計算整個任務所需要的速度增量，以此作為適應度函數，對遺傳算法過程中產生的每個個體，計算適應度函數值，判斷個體的好壞；S4，設計遺傳算法的遺傳操作算子，選用最優保留選擇、離散重組、實數變異作為遺傳操作算子，進行全局優化發射窗口。

技術領域

本發明涉及地外天體探測軌道設計與優化技術，特別涉及一種深空探測全局發射窗口搜索方法。

背景技術

未來深空探測任務將一次探測巨行星、小行星等多顆目標天體。巨行星、小行星等地外天體與地球的距離極遠，在星際轉移過程中，探測器需要提供較大的速度增量，因此需要搜尋合適的低能量星際轉移窗口，降低整個任務所需的能量。而在多目標深空探測任務中，由于探測目標天體增多，通過傳統的遍歷搜索方法來搜索發射窗口效率極低，而且很難實現。深空探測的目標天體與地球的距離極遠，在星際轉移過程中，探測器需要提供較大的速度增量，因此需要搜尋合適的低能量星際轉移窗口。一次深空探測任務通常會以多種探測類型探測多個目標，提高探測效率，因此轉移軌道還要針對多目標進行發射窗口的全局優化設計，減少多目標轉移軌道所需的速度增量，使其滿足實際工程應用的約束條件。

發明內容

本發明的目的是提供一種深空探測全局發射窗口搜索方法，能以較高的搜索效率得到多目標探測全局發射窗口，避免了傳統遍歷法搜索效率低下的缺點；能夠全局尋優，獲得滿足工程實現要求的，所需速度增量最小的發射窗口。

為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種深空探測全局發射窗口搜索方法，其特點是，該方法包含如下步驟：

S1，確定探測目標天體的序列及探測任務的時間范圍；

S2，設計遺傳算法對搜索個體的編碼方式，以采用浮點數編碼方式對發射時間和到達時間進行編碼；

S3，設計遺傳算法的適應度函數，通過星歷計算和蘭伯特算法，計算整個任務所需要的速度增量，以此作為適應度函數，對遺傳算法過程中產生的每個個體，計算適應度函數值，判斷個體的好壞；

S4，設計遺傳算法的遺傳操作算子，選用最優保留選擇、離散重組、實數變異作為遺傳操作算子，進行全局優化發射窗口。

進一步包含：

設計適應度函數的約束，所述的適應度函數的約束為轉移軌道的總的速度增量必須小于發動機能夠實現的最大速度增量。

所述的步驟S1包含：

確定探測的目標數量以及探測天體的順序，查閱天體星歷資料并獲得目標天體的軌道根數；

確定探測任務的時間范圍作為發射窗口的搜索范圍。

所述的步驟S3包含：

隨機產生一組初始種群，設定種群規模為N，每一代種群中包含N個個體，每個個體為搜索的發射窗口；

對每個個體中包含的發射窗口計算對應時間該天體的位置矢量和速度矢量；

探測N個目標天體，具有N段轉移軌道，根據計算得到目標天體的位置矢量和速度矢量，通過求解蘭伯特算法，分別計算每一段轉移軌道所需的速度增量；

將每一段轉移軌道所需的速度增量求和，得到整個探測任務所需的總的速度增量，作為遺傳算法搜索所需的適應度函數。

所述的步驟S4包含：