[發明專利]基于遺傳粒子群算法的多節點協同著陸位置規劃方法

有效

• 申請號: 202011020048.0
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112214031B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 趙清杰;陳涌泉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發明公開了一種基于遺傳粒子群算法的探測器多節點協同著陸位置規劃方法，屬于航天深空探測技術領域和人工智能技術領域。本發明方法，針對多著陸節點探測器系統的著陸位置規劃問題，采用柵格圖處理著陸區地圖數據和障礙物信息，通過對粒子群算法進行離散化，融合遺傳機制中的交叉變異操作，加入自適應遺傳因子控制變異操作的發生概率，增強了算法的全局搜索能力。本方法能夠有效處理多著陸節點探測器系統的防干涉約束和連接約束，生成滿足距離約束的探測器著陸點，防止探測器節點間發生碰撞以及與地面障礙物發生碰撞，并保持存在柔性物理連接的節點之間均衡分布，增大探測器著陸的穩定性和安全性。

技術領域

本發明涉及一種探測器多節點協同著陸位置規劃方法，尤其涉及一種基于遺傳粒子群算法的探測器多節點協同著陸位置規劃方法，屬于航天深空探測技術領域和人工智能技術領域。

背景技術

航空航天領域是二十一世紀自主智能技術發展的主要領域之一。對于深空探測任務，一般具有目標距離地球遙遠、通信延遲大、所處環境不確知等特點，導致探測器操作和控制存在巨大挑戰。

運用人工智能技術來提高探測器的星上自主能力，是解決深空探測器上述問題的一個主流方向。探測器著陸，是深空探測任務中的一個關鍵階段，關系到任務的成敗，是深空探測領域的一個重點研究問題。探測器在著陸過程中，需要對著陸區域進行選擇，以實現安全著陸。著陸區的局部地形情況，包括坡度、坑和石塊等障礙區，對探測器安全著陸并保持姿態穩定有著重要影響。

現有的研究方法，主要是針對單個節點的探測器著陸問題。在探測器實際執行著陸任務時，由于著陸地域引力小等原因，探測器容易出現反彈、翻滾和傾覆的情況，例如日本“隼鳥”探測器、歐空局“羅塞塔”探測器等。

利用多個節點協同著陸，節點之間存在柔性物理連接，可以提高著陸的穩定性。但是，對于探測器的多節點著陸，需要 解決如何有效選擇多節點著陸位置，以保證在滿足節點間的約束條件并避開障礙區的情況下實現高效著陸。

發明內容

本發明的目的是為了解決在多節點深空探測器在著陸過程中面臨的著陸點位置選擇的技術問題，創造性地提出一種基于遺傳粒子群算法的探測器多節點協同著陸位置規劃方法，能夠高效獲得各節點的最優著陸位置。

粒子群算法(PSO)，依據個體粒子的適應值大小進行操作，將每個個體抽象成在搜索空間中的一個沒有重量和體積的粒子，并在搜索空間中以一定的速度飛行，該飛行速度由個體的飛行經驗和群體的飛行經驗進行動態調整。但是，基本的粒子群算法常用于解決連續優化問題，且較容易陷入局部最優。本發明方法，通過對粒子群算法進行離散化建模，離散化粒子編碼，并引入自適應遺傳機制進行改進，模仿染色體的交叉和變異行為，自適應控制變異概率，在粒子群更容易陷入局部最優的情況下增大變異概率，保持較強的收斂速度的同時還有更好的跳出局部最優的能力，能夠高效得出深空探測器多節點著陸位置的規劃解。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于遺傳粒子群算法的探測器多節點協同著陸位置規劃方法，如圖1 所示，包括以下步驟：

步驟1：探測器多節點約束建模。

探測器的著陸節點具有一定的大小，多個著陸節點之間可能存在柔性物理連接，如圖2所示。因此，探測器的著陸節點存在防干涉約束和連接約束。為了處理這兩個約束，將著陸節點抽象成一個點，以該點為圓心，r為半徑的區域是能容納著陸節點實際尺寸的最小區域。

具體地，步驟1包括以下步驟：

步驟1.1：對著陸區地圖的障礙物邊緣進行擴充處理，擴充寬度為r，以此來處理節點受障礙物干涉的影響。如圖3所示，為32×32的著陸區柵格圖，黑色柵格為障礙物，白色方格為平坦地面。

經過處理后，灰色方格與障礙區黑色方格一樣均為不可著陸點。