[發明專利]一種基于監督學習的火星探測飛行軌道精確計算方法及系統

在審

• 申請號: 202010171462.5
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111382514A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 劉宇;曹赫楊;陸丹萍;馬瑞;孫建黨;朱慶華
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N20/10;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

一種基于監督學習的火星探測飛行軌道精確計算方法及系統，以無線電測量誤差及軌道參數估計偏差構建監督機器學習SML的學習變量集，以軌道確定偏差構建目標變量集，利用先前的測定軌數據對該SML進行訓練，得到更精確的火星探測器飛行軌道參數估計值與預測值。需要建立簡化的火星探測器環火軌道動力學模型；構建火星軌道監督機器學習模型MO_SML；利用之前的火星探測器飛行軌道測定軌數據構建訓練數據庫，對MO_SML進行訓練；以訓練好的MO_SML模型計算待估計時刻的火星探測器飛行軌道參數的精確估計值。本發明回避了難以精確建立了高精度火星軌道動力學模型，在不增加觀測量的條件下，大大提高火星探測器飛行軌道參數的估計及預報精度。

技術領域

本發明涉及一種基于監督學習的火星探測飛行軌道精確計算方法及系統，屬于火星探測飛行軌道技術領域。

背景技術

火星探測器在飛行過程中，離地面十分遙遠，地面測控精度比地球軌道航天器要低2個量級，可以達到百千米量級，難以滿足火星探測器軌道控制的要求。

現有的基于航天器軌道動力學外推的探測器軌道參數預測方法的精度受限于精確的航天器軌道動力學建模精度。由于火星周圍環境不明，火星軌道動力學的建模精度遠遠低于地球軌道航天器，動力學外推的常規方法難以提供精確的火星探測器環火軌道參數。

發明內容

本發明解決的技術問題為：克服上述現有技術的不足，提供一種基于監督學習的火星探測飛行軌道精確計算方法及系統，能夠得到更精確的火星探測器飛行軌道參數，解決了獲取高精度火星探測器飛行軌道參數的問題，滿足了對火觀測、對火定向等控制任務的需求。

本發明解決的技術方案為：一種基于監督學習的火星探測飛行軌道精確計算方法，步驟如下：

步驟一：從完整的火星探測器火星軌道動力學模型中略去攝動項，包括：火星軌道環境下火星大氣阻力、火星高階引力項、火星軌道光壓，得到簡化的火星探測器環火軌道動力學模型；

步驟二：根據火星軌道狀態偏差及地面測定軌系統偏差，步驟一簡化的火星探測器環火軌道動力學模型預測的火星軌道狀態與真實的火星軌道狀態的差，構建火星軌道監督機器學習模型MO_SML；

步驟三：利用當前時間之前的火星探測器飛行軌道測定軌數據構建訓練數據庫，利用訓練數據庫中的數據對步驟二中建立的火星軌道監督機器學習模型MO_SML進行訓練，直到模型MO_SML收斂到所需要的精度，得到訓練好的MO_SML模型；

步驟四：計算所要估計時間與當前時間的間隔△t，根據間隔△t并利用步驟三中訓練好的MO_SML模型計算估計時間的火星探測器軌道估計偏差，同時，采用步驟一中簡化的火星探測器環火軌道動力學模型輸出估計時間的火星探測器軌道狀態估計值；根據估計時間的火星探測器軌道估計偏差和估計時間的火星探測器軌道狀態估計值，得到估計時刻火星探測器飛行軌道的精確估計參數。

優選的，步驟一：從完整的火星探測器火星軌道動力學模型中略去火星軌道環境下火星大氣阻力、火星高階引力項、火星軌道光壓、太陽活動影響，得到簡化的火星探測器環火軌道動力學模型，具體如下：

根據火星球諧引力項，太陽活動，火星到探測器的位置矢量，太陽到探測器的位置位置矢量，太陽到火星的位置矢量，火星引力常數，太陽引力常數，太陽光壓攝動，第i顆行星對火星探測器的引力項，得到簡化的火星探測器環火軌道動力學模型。

優選的，步驟二：根據火星軌道狀態偏差及地面測定軌系統偏差，步驟一簡化的火星探測器環火軌道動力學模型預測的火星軌道狀態與真實的火星軌道狀態的差，構建火星軌道監督機器學習模型MO_SML，具體如下：

采用火星軌道狀態偏差及地面測定軌系統偏差構建MO_SML學習模型中的學習變量集L；

采用預測偏差即模型預測的火星軌道狀態與真實的火星軌道狀態的差構建MO_SML學習模型中的目標變量集T；