一种航天器解体事件的类型判定方法和系统技术方案

本发明专利技术提供的一种航天器解体事件的类型判定方法和系统，通过将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值；基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置；通过个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置分别对每个粒子的速度和位置进行更新，并输出更新后的每个粒子的速度和位置下的最小适应度值，根据最最小适应度值确定航天器解体事件的类型的技术方案，解决了可及时判定航天器解体事件的类型的技术问题，当航天器发生解体事件时，为其提供一种求解速度快，结果准确的定量分析的方法。

A type judgment method and system for spacecraft disintegration events

The invention provides a method and system for determining the type of disintegration of the spacecraft. By inputting the real feature size of the decision variables and fragments in the disintegrated model into the target function, the fitness value of individual particles is obtained; the fitness of each particle is worth the corresponding value of individual particles on the basis of the optimal algorithm. The optimal position in the optimal fitness value of the group particle, the optimal position corresponding to the fitness value of the individual particle and the optimal position in the optimal fitness value of the group particle, are updated respectively on the velocity and position of each particle, and the minimum velocity and position of each particle after the update is output. The technical solution to determine the type of the disintegration event of the spacecraft according to the minimum fitness value has solved the technical problem that can determine the type of the disintegration event of the spacecraft in time. When the spacecraft occurs the disintegration event, it provides a fast and accurate quantitative analysis method for the spacecraft.

【技术实现步骤摘要】
一种航天器解体事件的类型判定方法和系统
本专利技术涉及计算机
，尤其涉及一种航天器解体事件的类型判定方法和系统。
技术介绍
空间碎片，尤其是航天器的空间碎片，主要是通过航天器的撞击解体事件和/或航天器的爆炸解体事件产生，当发生航天器的空间解体事件时，解体事件的类型的判定对维护国家空间安全、维护国家空间权益有着重要意义，目前解体事件类型判定的方法主要集中于对解体事件的定性分析，从而得出结论。针对解体事件类型的判定，主要依据情报分析和/或解体能量的大小分析，一般通过分析碎片的分离速度、解体能量、碰撞预警分析、与卫星之间的通信以及相关情报定性分析从而判断航天器的解体类型，即到底是发生了撞击解体事件还是爆炸解体事件。基于情报分析判定解体事件类型时，依赖航天器与卫星之间的通信获得相关情报，但是在航天器解体时，很可能伴随卫星通信故障的发生，直接导致情报获取中断或终止，无法及时判定航天器解体事件的类型。基于解体能量的大小分析判定解体事件类型时，依赖于航天器解体模型的建立。航天器解体模型的建立主要依靠实验数据进行拟合得到航天器爆炸解体模型和航天器撞击解体模型。空间撞击解体模型的主要经历了三个阶段，由最初的早期模型经过修正过渡到Battelle模型，再到目前应用广泛的NASA标准解体模型；目前应用广泛的就是NASA标准解体模型中的爆炸解体模型。建立NASA标准解体模型的数据来源于在20世纪90年代末NASA对航天器爆炸和撞击进行的实验，所以拟合建立了NASA标准解体模型，并被应用于EVOLVE4.0等空间碎片环境模型中，应用中包括了航天器爆炸和撞击解体两方面内容。模型中给出了碎片尺寸分布、面质比分布和分离速度分布，因尺寸分布模型以幂律的形式给出，而面质比和分离速度分布则正态分布形式给出，具有不确定性，所以相比较而言，尺寸分布更能代表此次解体事件的特点，更具有说服性，因此，本专利技术选择解体模型的尺寸分布作为解体事件类型判断的输入，会使得输出的结果更加准确。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的提供了一种航天器解体事件的类型判定方法和系统，解决了可及时判定航天器解体事件的类型的技术问题，当航天器发生解体事件时，为其提供一种求解速度快，结果准确的定量分析的方法。本专利技术一方面提供了一种航天器解体事件的类型判定方法，该方法包括：将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值；基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置；通过个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置分别对每个粒子的速度和位置进行更新，并输出更新后的每个粒子的速度和位置下的最小适应度值，根据最小适应度值确定航天器解体事件的类型。进一步的，所述目标函数为：式中，dr为个体粒子的适应度值，所述适应度值为解体模型计算得到的碎片特征尺寸与解体事件中碎片的真实特征尺寸的平均相对误差；D为碎片样本的数量；LcN为解体模型中的决策变量，为根据解体模型计算得到的第N个碎片特征尺寸Lc，L′cN为解体事件中第N个碎片的真实特征尺寸L′c，N为解体事件中按照碎片的尺寸大小排列的碎片尺寸序号。进一步的，将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值，包括：将解体模型计算得到的碎片特征尺寸Lc和接收到的航天器解体事件中碎片的真实特征尺寸L′c输入到目标函数中，得到解体模型计算得到的碎片特征尺寸与解体事件中碎片的真实特征尺寸的平均相对误差，从而得到决策变量中个体粒子的适应度值。进一步的，所述解体模型的决策变量包括：爆炸类型解体模型的决策变量，爆炸类型解体模型的决策变量计算公式如下：式中，S是无量纲系数。撞击类型解体模型的决策变量，撞击类型解体模型的决策变量计算公式如下：式中，mtot为解体质量，单位为kg。进一步的，解体质量mtot的计算方法如下：式中，mp为碎片的射弹质量，mt为碎片的目标质量；v为碎片的撞击速率；为碎片的实际比动能，即碎片的射弹动能与目标质量的比值；为碎片的临界比能。进一步的，所述基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置，包括：对解体模型的决策变量中的无量纲系数S和/或解体质量mtot赋值，分别设定循环步长；基于最优算法遍历赋值后的决策变量，得到个体粒子的适应度值，以及个体粒子的适应度值对应的位置；将个体粒子的适应度值和其经历过的位置的适应度值进行比较，将数值小的适应度值对应的位置作为该个体粒子的最优位置；将每个个体粒子的最优位置对应的适应度值和群体中每个个体粒子的最优位置的适应度值进行比较，将数值小的适应度值对应的位置作为群体粒子的最优适应度值中的最优位置。进一步的，通过个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置分别对每个粒子的速度和位置进行更新，包括：在任意t+1时刻，粒子群群体中第i个粒子的第d维的速度和位置更新公式为：vid(t+1)＝wvid(t)+c1r1d(pid(t)-xid(t))+c2r2d(t)(pgd(t)-xid(t))xid(t+1)＝xid(t)+vid(t+1)式中，i∈[1,50]为粒子种群中的第i个粒子；d∈[1,10]每个粒子的维度；w为动力常量，该动力常量控制前一速度对当前速度的影响，为非负数；c1和c2为学习因子，是非负常数；r1和r2为相互独立的随机数，服从[0,1]上的均匀分布；pid为第i个粒子迄今为止搜索到的最优位置；pgd为整个粒子群最优位置为；其中位置取值范围xid∈[1,1000]；速度取值范围为vid∈[-100,100]。进一步的，将数值小的适应度值对应的位置作为群体粒子的最优适应度值中的最优位置之后，还包括：得到解体模型的决策变量中的某一赋值后的无量纲系数S和/或解体质量mtot下对应的最优解，判断循环是否结束，循环未结束则计算下一个赋值后的无量纲系数S和/或解体质量mtot下对应的最优解；循环结束则输出所有最优解中计算结果最小的适应度值。进一步的，根据最小适应度值确定航天器解体事件的类型，包括：将最小适应度值与解体模型中的预存储的值进行比较，差值小的预存储的值对应的解体事件的类型为本次航天器解体事件的类型。本专利技术另一方面还提供了一种航天器解体事件的类型判定系统，包括：输入模块，用于将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值；遍历模块，用于基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置；判定模块，用于通过个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置分别对每个粒子的速度和位置进行更新，并输出更新后的每个粒子的速度和位置下的最小适应度值，根据最小适应度值确定航天器解体事件的类型。本专利技术提供的一种航天器解体事件的类型判定方法和系统，通过将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值；基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置；通过个体粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天器解体事件的类型判定方法，其特征在于，该方法包括：将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值；基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置；通过个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置分别对每个粒子的速度和位置进行更新，并输出更新后的每个粒子的速度和位置下的最小适应度值，根据最小适应度值确定航天器解体事件的类型。

【技术特征摘要】
1.一种航天器解体事件的类型判定方法，其特征在于，该方法包括：将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值；基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置；通过个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置分别对每个粒子的速度和位置进行更新，并输出更新后的每个粒子的速度和位置下的最小适应度值，根据最小适应度值确定航天器解体事件的类型。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数为：式中，dr为个体粒子的适应度值，所述适应度值为解体模型计算得到的碎片特征尺寸与解体事件中碎片的真实特征尺寸的平均相对误差；D为碎片样本的数量；LcN为解体模型中的决策变量，为根据解体模型计算得到的第N个碎片特征尺寸Lc，Lc′N为解体事件中第N个碎片的真实特征尺寸Lc′，N为解体事件中按照碎片的尺寸大小排列的碎片尺寸序号。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将解体模型中的决策变量和碎片的真实特征尺寸输入到目标函数中得到个体粒子的适应度值，包括：将解体模型计算得到的碎片特征尺寸Lc和接收到的航天器解体事件中碎片的真实特征尺寸Lc′输入到目标函数中，得到解体模型计算得到的碎片特征尺寸与解体事件中碎片的真实特征尺寸的平均相对误差，从而得到决策变量中个体粒子的适应度值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述解体模型的决策变量包括：爆炸类型解体模型的决策变量，爆炸类型解体模型的决策变量计算公式如下：式中，S是无量纲系数。撞击类型解体模型的决策变量，撞击类型解体模型的决策变量计算公式如下：式中，mtot为解体质量，单位为kg。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，解体质量mtot的计算方法如下：式中，mp为碎片的射弹质量，mt为碎片的目标质量；v为碎片的撞击速率；为碎片的实际比动能，即碎片的射弹动能与目标质量的比值；为碎片的临界比能。6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述基于最优算法遍历每个粒子的适应度值得到个体粒子的适应度值对应的最优位置及群体粒子的最优适应度值中的最优位置，包括：对解体模型的决策变量中的无量纲系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，李怡勇，来嘉哲，张雅声，齐跃，田琪琛，赵双，戴桦宇，张冬，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11