[發(fā)明專利]一種火星探測器制動捕獲多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011119120.5
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112417645B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 趙晶;曲相宇
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/006;G06F111/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種火星探測器制動捕獲多目標優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

獲取火星探測器的狀態(tài)參數(shù)，確定推力沿速度反向的捕獲策略中火星探測器制動捕獲階段的動力學方程；

利用終端位置誤差和燃料消耗動態(tài)加權構造目標函數(shù)，并確定火星探測器制動捕獲的相關約束；

利用改進的多目標粒子群算法對所述目標函數(shù)進行求解，獲得最優(yōu)的制動捕獲策略；

所述改進的多目標例子群算法在保證收斂性的情況下根據(jù)多樣性信息選擇最優(yōu)的全局最優(yōu)解；

所述改進的多目標粒子群算法是基于傳統(tǒng)的多目標粒子群算法，在速度更新步驟進行了改進，增加了從個體最優(yōu)到全局最優(yōu)的搜索方向，為了避免加入新的搜尋方向對粒子尋優(yōu)影響過大而削弱學習因子c₁和c₂的作用，更好地提升算法收斂速度和精度，融入了由兩個學習因子c₁和c₂決定的速度收縮因子，使得粒子在新速度更新中既增加了方向的精細性，又保持了全局搜索能力和局部勘探能力；

定義第i個粒子x_i的速度更新公式為：

c₁、c₂、c₃為學習因子；r₁、r₂、r₃為0到1之間的隨機數(shù)；w為慣性系數(shù)；p_best為個體最優(yōu)，g_best為全局最優(yōu)；

速度控制策略中，對粒子的速度中每一維元素越界做壓縮控制：

Δ_j＝0.5×(u_j-d_j)，j＝1，2，...，m，m為目標數(shù)，u_j和d_j分別為每個粒子速度第j元素的上下界限。

2.如權利要求1所述的一種火星探測器制動捕獲多目標優(yōu)化方法，其特征在于，所述火星探測器的狀態(tài)參數(shù)包括位置、速度和質量，其在在推力沿速度反向的捕獲策略中火星探測器制動捕獲階段滿足動力學方程：

其中，μ為火星的引力常數(shù)，F(xiàn)為發(fā)動機的推力大小，I_sp為發(fā)動機比沖，g₀為地球海平面的平均重力加速度，單位為國際單位制；當制動捕獲發(fā)動機工作時，F(xiàn)為常值推力，當制動捕獲發(fā)動機不工作時F＝0。

3.如權利要求1所述的一種火星探測器制動捕獲多目標優(yōu)化方法，其特征在于，所述目標函數(shù)遵循的約束條件包括探測器制動約束、探測器狀態(tài)參數(shù)約束、探測器終端時刻約束；所述目標函數(shù)的優(yōu)化既要滿足工程約束又要在保證可靠性的前提下降低燃料消耗。

4.如權利要求1所述的一種火星探測器制動捕獲多目標優(yōu)化方法，其特征在于，所述多樣性信息包括種群多樣性信息和非支配解多樣性信息：

a)、種群多樣性信息

表達式為：

SP_p(t+1)是第t+1次迭代粒子群的種群多樣性信息，d_pi(t+1)是在第t+1次迭代第i個粒子與其他粒子之間最小的曼哈頓距離，是所有d_pi(t+1)的平均值，n₁是粒子的個數(shù)；

b)、非支配解多樣性信息

表達式為：

SP_n(t+1)是第t+1次迭代的非支配解多樣性信息，d_ni(t+1)是在第t+1次迭代第i個非支配解與其他非支配解之間最小的曼哈頓距離，是所有d_ni(t+1)的平均值，n₂是非支配解的個數(shù)。