[發(fā)明專利]基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑重構(gòu)的啟發(fā)式航天器任務(wù)規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011232151.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112348361B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐瑞;金顥;崔平遠(yuǎn);朱圣英;梁子璇;李朝玉;尚海濱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;B64G1/24
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑重構(gòu)的啟發(fā)式航天器任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：綜合考慮航天器結(jié)構(gòu)、任務(wù)需求、設(shè)備狀態(tài)和航天器能力四項(xiàng)因素，對(duì)航天器的構(gòu)成、資源、分系統(tǒng)功能以及需要滿足的約束條件進(jìn)行描述；所述的約束條件根據(jù)實(shí)際航天器系統(tǒng)而定，所述的約束條件包括因果約束、時(shí)間約束和資源約束；

步驟二：針對(duì)各并行子系統(tǒng)，建立子系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖用于描述各并行子系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則、搜索各并行子系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換路徑以及計(jì)算各并行子系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換的代價(jià)值；

步驟三：選用規(guī)劃空間搜索作為基本的搜索策略，根據(jù)步驟一的約束條件及步驟二得到的狀態(tài)轉(zhuǎn)換代價(jià)值構(gòu)建啟發(fā)式信息，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑重構(gòu)進(jìn)行啟發(fā)式排序，根據(jù)排序結(jié)果引導(dǎo)規(guī)劃搜索方向，輸出最終的任務(wù)規(guī)劃求解結(jié)果，即完成航天器任務(wù)規(guī)劃，縮減搜索空間，提高任務(wù)規(guī)劃效率；

步驟三實(shí)現(xiàn)方法為，

步驟3.1：選取任務(wù)目標(biāo)狀態(tài)集合中一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)S_g1,根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)自身約束及目標(biāo)狀態(tài)之間耦合約束關(guān)系，對(duì)目標(biāo)狀態(tài)S_g1的所有候選約束狀態(tài)集合的啟發(fā)式值進(jìn)行計(jì)算；

所述啟發(fā)式值的計(jì)算方法為：目標(biāo)狀態(tài)S_g1其中的一個(gè)候選約束狀態(tài)集合中所有狀態(tài)表示為S_g1¹，S_g1²……S_g1ⁿ；每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)自己的時(shí)間線，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)自己的時(shí)間線包括如下兩種方式：方式一、每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間線；方式二、兩個(gè)以上的狀態(tài)對(duì)應(yīng)同一個(gè)時(shí)間線；每個(gè)狀態(tài)在自己的時(shí)間線上都能夠找到位于前一時(shí)刻的狀態(tài)S_g1^1a，S_g1^2a……S_g1^na以及后一時(shí)刻的狀態(tài)S_g1^1b，S_g1^2b……S_g1^nb；狀態(tài)S_g1^1a，S_g1^2a……S_g1^na到狀態(tài)S_g1¹，S_g1²……S_g1ⁿ的轉(zhuǎn)換代價(jià)值為cost(S_g1^1a,S_g1¹)，cost(S_g1^2a,S_g1²)……cost(S_g1^na,S_g1ⁿ)，狀態(tài)S_g1¹，S_g1²……S_g1ⁿ到狀態(tài)S_g1^1b，S_g1^2b……S_g1^nb的轉(zhuǎn)換代價(jià)值為cost(S_g1¹,S_g1^1b)，cost(S_g1²,S_g1^2b)……cost(S_g1ⁿ,S_g1^nb)，狀態(tài)S_g1^1a，S_g1^2a……S_g1^na到狀態(tài)S_g1^1b，S_g1^2b……S_g1^nb的轉(zhuǎn)換代價(jià)值為cost(S_g1^1a,S_g1^1b)，cost(S_g1^2a,S_g1^2b)……cost(S_g1^na,S_g1^nb)；則目標(biāo)狀態(tài)S_g1的候選約束集合的啟發(fā)式值h_C1(S_g1)為，

h_C1(S_g1)＝(cost(S_g1^1a,S_g1¹)+cost(S_g1¹,S_g1^1b)-cost(S_g1^1a,S_g1^1b))+(cost(S_g1^2a,S_g1²)+cost(S_g1²,S_g1^2b)

-cost(S_g1^2a,S_g1^2b))+…+(cost(S_g1^na,S_g1ⁿ)+cost(S_g1ⁿ,S_g1^nb)-cost(S_g1^na,S_g1^nb))；

步驟3.2：選取步驟3.1的目標(biāo)狀態(tài)S_g1啟發(fā)式值最小的候選約束狀態(tài)集合C_j,將集合C_j中所有狀態(tài)加入任務(wù)目標(biāo)狀態(tài)集合；

步驟3.3：將目標(biāo)狀態(tài)S_g1添加到其所屬時(shí)間線上，并在目標(biāo)狀態(tài)集合中刪除狀態(tài)S_g1；

步驟3.4：迭代處理步驟3.1至步驟3.3，進(jìn)行規(guī)劃搜索，直到目標(biāo)狀態(tài)集合為空，輸出最終的啟發(fā)式任務(wù)規(guī)劃求解結(jié)果，即完成航天器任務(wù)規(guī)劃，縮減搜索空間，提高任務(wù)規(guī)劃效率；

步驟三所述的狀態(tài)轉(zhuǎn)移路徑重構(gòu)指時(shí)間線上當(dāng)前狀態(tài)的前一狀態(tài)到后一狀態(tài)的路徑與前一狀態(tài)到當(dāng)前狀態(tài)加上當(dāng)前狀態(tài)到后一狀態(tài)的路徑的對(duì)比，即利用前一狀態(tài)到當(dāng)前狀態(tài)加上當(dāng)前狀態(tài)到后一狀態(tài)的路徑減去前一狀態(tài)到后一狀態(tài)的路徑，將對(duì)比結(jié)果作為代價(jià)值進(jìn)行啟發(fā)式排序，完成重構(gòu)。