微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法
【專利摘要】一種微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，主要包括以下步驟：確定衛(wèi)星變軌轉移時間與燃料消耗相關的因素為轉移時間和終點位置；確定衛(wèi)星群中的衛(wèi)星間編碼結構；形成衛(wèi)星變軌轉移的能耗計算方法；對形成的衛(wèi)星變軌轉移能耗進行小生境遺傳算法分析，形成最優(yōu)變軌能耗數據，轉換為相應雙脈沖發(fā)動機能耗控制參數。本發(fā)明結合小生境技術與遺傳算法，以能量消耗為優(yōu)化目標，可適用于單個環(huán)繞星、多星同步建立編隊、多星異步建立編隊的情況，而且該算法對衛(wèi)星群釋放地點沒有要求，能夠增強微小衛(wèi)星群釋放的靈活性。不但保留了遺傳算法魯棒性強、全局搜索、并行性等優(yōu)點，還克服了遺傳算法局部搜索能力差的缺點。
【專利說明】微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空間姿態(tài)控制方法，特別是涉及一種用于衛(wèi)星釋放及定位的能量 控制方法。
【背景技術】
[0002] 微小衛(wèi)星編隊的建立過程，常用方式是從參考點釋放環(huán)繞星，形成繞飛編隊，空間 平臺從指定地點釋放環(huán)繞星形成編隊，會增加任務的靈活性。但是，衛(wèi)星編隊是衛(wèi)星群而并 非單個衛(wèi)星空間姿態(tài)的建立過程。在釋放地點已經指定和編隊形成策略已經確定的情況 下，還需要優(yōu)化微小衛(wèi)星群編隊建立過程中所需的消耗，比如能量消耗、時間消耗等等。因 為受限于平臺，微小衛(wèi)星攜帶的能量有限，且燃料不可再生，因此，研究微小衛(wèi)星群的能量 消耗具有實際意義。由于微小衛(wèi)星的機動利用雙脈沖發(fā)動機采用雙脈沖機動方式，因此如 何有效控制編隊建立過程中各衛(wèi)星雙脈沖發(fā)動機實現(xiàn)最小能量消耗是當務之急。
[0003] 通常利用遺傳算法作為全局優(yōu)化算法，該算法被大量的應用于軌道控制優(yōu)化問題 研究。如Dewell應用遺傳搜索方法，對小推力軌道轉移問題進行了求解，但是遺傳算法在 種群數量較小和初始化不均勻的情況下，非常容易收斂到局部最優(yōu)。
[0004] 對于小生境技術特征，有較好的局部搜索特性，能夠在進化后期能較好地維持種 群的多樣性，目前已存在相應的數學模型。
[0005] 如果將小生境技術與遺傳算法相結合完全有可能實現(xiàn)以能量消耗為優(yōu)化目標的 衛(wèi)星群編隊優(yōu)化方法。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，解決衛(wèi)星群編隊過程 中，以雙脈沖機動方式變軌機動能量消耗無法進一步降低的技術問題。
[0007] 本發(fā)明的微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，主要包括以下步驟：
[0008] 確定衛(wèi)星變軌轉移時間與燃料消耗相關的因素為轉移時間和終點位置；
[0009] 確定衛(wèi)星群中的衛(wèi)星間編碼結構；
[0010] 形成衛(wèi)星變軌轉移的能耗計算方法；
[0011] 對形成的衛(wèi)星變軌轉移能耗進行小生境遺傳算法分析，形成最優(yōu)變軌能耗數據， 轉換為相應雙脈沖發(fā)動機能耗控制參數。
[0012] 所述衛(wèi)星變軌轉移時間為衛(wèi)星上雙脈沖發(fā)動機兩次產生沖量的時間間隔,所述終 點位置為衛(wèi)星在編隊中穩(wěn)定形態(tài)的位置。
[0013] 所述衛(wèi)星間編碼結構包括：采用二進制和實數混合變長度編碼，每個衛(wèi)星個體由 三部分組成：第一部分是代表變量的二進制代碼，第二部分是由變量、適應度值和速度沖量 組成的實數，第三部分是用于表示共享函數的實數值。個體的編碼長度取決于環(huán)繞星的個 數和每個環(huán)繞星進入編隊選取變量的個數。
[0014] 所述能耗計算方法包括：
[0015] 對于單個環(huán)繞星進入繞飛編隊時，能量消耗為：
[0016] J=min{| |Vj| | + | |v21 |}
[0017] 對于多個環(huán)繞星異步建立編隊時，能量消耗為：
【權利要求】
1. 一種微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，主要包括以下步驟： 確定衛(wèi)星變軌轉移時間與燃料消耗相關的因素為轉移時間和終點位置； 確定衛(wèi)星群中的衛(wèi)星間編碼結構； 形成衛(wèi)星變軌轉移的能耗計算方法； 對形成的衛(wèi)星變軌轉移能耗進行小生境遺傳算法分析，形成最優(yōu)變軌能耗數據，轉換 為相應雙脈沖發(fā)動機能耗控制參數。
2. 根據權利要求1所述的微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，其特征在于：所述衛(wèi)星變 軌轉移時間為衛(wèi)星上雙脈沖發(fā)動機兩次產生沖量的時間間隔，所述終點位置為衛(wèi)星在編隊 中穩(wěn)定形態(tài)的位置。
3. 根據權利要求2所述的微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，其特征在于：所述衛(wèi)星間 編碼結構包括：采用二進制和實數混合變長度編碼，每個衛(wèi)星個體由三部分組成：第一部 分是代表變量的二進制代碼，第二部分是由變量、適應度值和速度沖量組成的實數，第三部 分是用于表示共享函數的實數值，個體的編碼長度取決于環(huán)繞星的個數和每個環(huán)繞星進入 編隊選取變量的個數。
4. 根據權利要求3所述的微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，其特征在于：所述能耗計 算方法包括： 對于單個環(huán)繞星進入繞飛編隊時，能量消耗為： J = min{| |vj | + | |v2| |} 對于多個環(huán)繞星異步建立編隊時，能量消耗為：
5. 根據權利要求4所述的微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，其特征在于：所述小生境 遺傳算法分析包括： 使用選擇、交叉和變異的遺傳操作方式；其中的算子包括： 交叉算子：在兩個父體上隨機選擇交叉位置，將父體1交叉位置之前的部分與父體2交 叉位置之后的部分相連，父體2交叉位置之前的部分與父體1交叉位置之后的部分相連，生 成兩個新個體； 變異算子：滿足變異條件時，在父體上隨機選擇變異位置，進行變異。
6. 根據權利要求5所述的微小衛(wèi)星群編隊消耗量優(yōu)化方法，其特征在于：所述小生境 遺傳算法分析還包括： 種群數目為100,遺傳代數為500,交叉概率為0. 9,變異概率為0. 1，罰函數選擇1(T3°， 距離參數L = 0.5。
【文檔編號】G05B13/04GK104330971SQ201410589893
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】蔡遠文, 史建偉, 程龍, 姚靜波, 辛朝軍, 李巖, 張宇, 解維奇 申請人:蔡遠文