[發(fā)明專利]一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201911236346.0 | 申請日： | 2019-12-05 |
| 公開（公告）號： | CN110889504B | 公開（公告）日： | 2022-10-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 喬棟;楊柳;韓宏偉;李翔宇 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京理工大學(xué) |
| 主分類號： | G06N3/12 | 分類號： | G06N3/12;G06F30/20;G06Q10/04 |
| 代理公司： | 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639 | 代理人： | 張利萍 |
| 地址： | 100081 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 能量 分布 評估 多目標(biāo) 小行星 交會 序列 搜索 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，適用于多小行星探測任務(wù)中的脈沖軌跡規(guī)劃問題，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，通過隨機(jī)優(yōu)化算法與分支剪切算法的有機(jī)結(jié)合，采用基于能量分布評估的剪枝指標(biāo)，能以較高的計算效率，得到滿足時間約束、性能優(yōu)良的多目標(biāo)小行星交會序列。本發(fā)明公開的一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，采用基于能量分布評估的剪枝指標(biāo)，能有效縮減解空間，保證計算效率。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，適用于多小行星探測任務(wù)中的脈沖軌跡規(guī)劃問題，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
小行星可能蘊含豐富的礦藏資源，包含著太陽系與行星演化信息，因此小行星探測是深空探測任務(wù)中的重要方向之一。在一次探測任務(wù)中，同時對多顆小行星進(jìn)行交會或飛越，能有效提高整個任務(wù)的收益，故而多小行星探測任務(wù)也是國外航天工業(yè)部分規(guī)劃任務(wù)之一。
在已發(fā)展的關(guān)于多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法中在先技術(shù)[1](參見：Zhang J,Luo Y,Li H,et al.Analysis of multiple asteroids rendezvous optimization usinggenetic algorithms[C]//2015 IEEE Congress on Evolutionary Computation(CEC).IEEE,2015.)采用直接對變量進(jìn)行混合編碼，然后利用遺傳算法對多小行星交會序列搜索問題進(jìn)行解決。在先技術(shù)[1]存在規(guī)劃解的最優(yōu)性能較差，容易陷入局部最優(yōu)解，尤其當(dāng)交會目標(biāo)較多時，即使擴(kuò)大種群規(guī)模，增加遺傳代數(shù)，也難以得到最優(yōu)解，且其計算效率也會大幅降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，該方法采用脈沖機(jī)動變軌，建立多目標(biāo)小行星交會模型，以速度增量最小為規(guī)劃目標(biāo)，并基于能量分布評估的剪枝指標(biāo)，對搜索過程進(jìn)行指導(dǎo)，實現(xiàn)高效的、性能優(yōu)良的、滿足時間約束的多目標(biāo)小行星交會序列的搜索。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，首先建立多目標(biāo)小行星交會的問題模型，將問題轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)小行星序列的搜索問題以及對應(yīng)序列下的軌道優(yōu)化問題；其次，利用混合編碼遺傳算法，快速得到性能次優(yōu)的可行解，作為當(dāng)前最優(yōu)解；之后，建立多目標(biāo)小行星交會序列規(guī)劃過程的代價樹，將多目標(biāo)小行星序列的搜索過程，描述為狀態(tài)節(jié)點的拓展過程；然后，基于當(dāng)前最優(yōu)解，對拓展出的狀態(tài)節(jié)點，進(jìn)行能量分布評估，并設(shè)置相應(yīng)閾值進(jìn)行剪枝；最后，得到性能更優(yōu)的規(guī)劃解，更新當(dāng)前最優(yōu)解，回溯狀態(tài)節(jié)點，直到完成全部搜索。
一種基于能量分布評估的多目標(biāo)小行星交會序列搜索方法，包括如下步驟：
步驟一：建立多目標(biāo)小行星交會的問題模型，將問題的求解過程描述為多目標(biāo)小行星序列的搜索以及對應(yīng)序列下的軌道優(yōu)化過程。
目標(biāo)小行星數(shù)量為Q，探測器與目標(biāo)序列中第i顆目標(biāo)小行星交會的方式采用兩脈沖機(jī)動變軌，采用Lambert算法求解，需要優(yōu)化的變量為離軌時間tdi與轉(zhuǎn)移時間tri。進(jìn)而將多小行星交會軌跡規(guī)劃問題歸結(jié)為優(yōu)化問題，優(yōu)化變量表示為X＝(X1,X2)，其中
X1＝(p1,...pi,...pQ) (1)
X2＝(td1,td2,..tdi..,tdQ；tr1,tr2,...,trQ) (2)
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