[發明專利]基于進化算法的地火轉移軌道設計初值獲取方法及系統

有效

• 申請號: 202010130385.9
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111382876B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 朱慶華;劉宇;黃韻弘;魯啟東;張玉花;馮建軍
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06N20/10
• 分類號: G06N20/10;G06F18/2411
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明公開一種基于進化算法的地火轉移軌道設計初值快速獲取方法及系統。在精確地火轉移軌道前，直接利用先前建立的軌道數據庫，基于進化算法快速計算出優勢方向的軌道初值，可以支持后續進行更有效率的搜索。本方法主要包括3個步驟：1)據GTOP數據庫，采用模型初值敏感矩陣特征值作為樣本標簽，建立學習樣本庫；2)構建軌道優化支持向量機(TO_SVM)，對地火轉移軌道學習樣本庫進行學習；3)針對需要設計的地火轉移軌道，運行TO_SVM，給出優勢方向c的軌道設計初值(發射日期、到達日期以及發射軌道剩余速度)供后續精確設計使用。

技術領域

本發明涉及一種基于進化算法的地火轉移軌道設計初值快速獲取方法及系統。該方法可以在采用間接法、進化算法進行精確地火轉移軌道前，快速計算出優勢方向的軌道初值，以便后續進行更有效率的搜索。

背景技術

由于地球與火星相關位置與速度在不斷變化，同時火箭的運載能力有限，因此火星探測器的地火轉移軌道參數(發射時間、到達時間、發射能量、到達制動能量等)需要進行優化設計。通常首先遍歷所有可能的發射時間與到達時間組合，采用圓錐曲線拼接的方法，從所有可能的軌道中，選擇一條合適的軌道做為設計初值，然后采用精確動力學模型進行優化得到最終精確的地火轉移軌道解。這種遍歷并采用圓錐曲線拼接的方法尋找設計初值的方法，計算量大，無法應用于航天器上。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提出了一種基于進化算法的地火轉移軌道設計初值快速獲取方法，可以在不遍歷的情況下，快速給出優勢方向的多個軌道設計初值(發射日期、到達日期)供后續精確設計使用。本方法可以解決傳統方法無方向進化的缺陷，從而大大提高地火精確轉移軌跡的計算效率。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案實現：

一種基于進化算法的地火轉移軌道設計初值快速獲取方法，包括如下步驟：

步驟一：根據GTOP數據庫，采用模型初值敏感矩陣特征值作為樣本標簽，建立地火轉移軌道學習樣本庫；

步驟二：構建軌道優化支持向量機TO_SVM，對地火轉移軌道學習樣本庫進行學習；

步驟三：針對需要設計的地火轉移軌道，運行步驟二中的軌道優化支持向量機TO_SVM，給出優勢方向的軌道設計初值供后續使用，軌道設計初值包括發射日期和到達日期。

進一步的，所述GTOP數據庫是指國際軌跡優化競賽。

進一步的，按照發射日期D_d、到達日期A_d、發射能量C_d³及到達制動能量C_a³作為樣本特征來構建樣本點X_i，即下式：

其中l為樣本個數。

進一步的，利用樣本點X_i和模型初值敏感矩陣特征值A_i，構建地火轉移軌道學習樣本庫如下：

進一步的，利用建立的學習樣本庫求二次凸優化過程的最優解(ω^*,b^*)，得到軌道優化分類決策函數：

f(x)＝sgn((ω^*)^Tφ(x)+b^*)

該軌道優化分類決策函數即為訓練后得到的軌道優化支持向量機TO_SVM；

其中，其中sgn為符號函數，f(x)的值域為[0，1]。

進一步的，步驟三針對需要設計的地火轉移軌道，運行步驟二中的軌道優化支持向量機TO_SVM，給出優勢方向的軌道設計初值，具體為：