[發明專利]一種對空間目標“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法

在審

• 申請號: 202210333449.4
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114818474A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 蒙波;李志;黃劍斌;黃良偉;吳耀軍;龐羽佳;黃龍飛;韓旭
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/15;G06N3/00;G06N3/12;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/12
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種對空間目標“一對多”抵近的燃料最省變軌任務仿真方法，其特征在于包括：

服務飛行器采用雙脈沖變軌策略對各個目標衛星次序抵近，以變軌過程中所需速度增量矢量模最小為目標設計目標函數；

設置優化層級，其中，

第一層：設置抵近序列優化變量，通過變量大小決定服務飛行器抵達目標衛星的抵近序列；

第二層、第三層：在服務飛行器對全部目標衛星完成抵近的總的時間限制范圍內，確定每顆目標衛星既滿足測控窗口又滿足光照窗口的抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍；確定對各目標衛星的抵近變軌開始時間優化變量的取值范圍；

第四層：在給定抵近序列下，針對給定的抵近變軌結束時間、抵近變軌開始時間按照上述目標函數進行優化，得到優化結果；

按照設定的優化層級順序，按層級開始優化，從優化結果中選取最優結果得到燃料最省變軌策略。

2.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于：按照下述方式按層級開始優化：

第一層優化變量在取值范圍內獲得定值，第二層根據第一層的定值迭代尋優，第二層尋優過程中，第三層需要根據第二層的優化變量定值迭代，第三層尋優過程中，第四層需要根據第三層的優化變量定值迭代。

3.根據權利要求2所述的仿真方法，其特征在于：優化順序如下：

當第四層完成迭代后，第三層改變優化變量取值，第四層根據第三層取值再次迭代，直至第三層完成迭代；當第三層完成迭代后，第二層改變優化變量取值，第三層根據第二層取值再次迭代，直至第二層完成迭代；當第二層完成迭代后，第一層改變優化變量取值，第二層根據第一層取值再次迭代，直至第一層完成全部取值的迭代，此時優化仿真完成。

4.根據權利要求3所述的仿真方法，其特征在于：每層完成迭代的條件為預設的最大迭代次數。

5.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于：通過下述方式完成抵近序列的設置：

對n顆目標衛星按照1、2、…、n進行編號，設置抵近序列S₁、S₂、…、S_n的取值范圍為[0,1]，服務飛行器按照S₁、S₂、…、S_n中取值由小到大的順序對其對應編號的目標衛星由先到后抵近。

6.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于：通過下述方式確定每顆目標衛星既滿足測控窗口又滿足光照窗口的抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍：

在服務飛行器對全部目標衛星完成抵近的總的時間限制范圍內，根據地面測控站的位置、可測控方位角與俯仰角、目標衛星的軌道參數計算得出目標衛星的測控窗口區間；

根據目標衛星的軌道參數計算得出目標衛星的光照窗口區間；

測控窗口區間與光照窗口區間取交集，得到服務飛行器對目標衛星可抵近窗口區間；

按照目標衛星被服務飛行器抵近的先后排序，將抵近變軌結束時間優化變量設置為取值大于1的浮點數，依照整數部分代表抵近變軌結束時間屬于該目標衛星的哪個抵近窗口，小數部分表示抵近變軌結束時間在窗口中的比例的原則，確定抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍。

7.根據權利要求6所述的仿真方法，其特征在于：第i顆目標衛星抵近變軌結束時間優化變量的取值范圍為：

其中，第i顆目標衛星的可抵近窗口數目為n_wi，n代表目標衛星的總數量；b₁取值范圍[0.5,1)，b₂取值范圍(1,1.5]。