一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法及装置，属于航天技术领域，方法包括：获取种群参数；基于种群参数，进行量子编码，构造染色体；根据染色体，获得叠加态；根据叠加态，计算适应度，并记录极值个体及适应度；基于适应度，判断遗传是否进行，若所述遗传不进行，采用量子门作用，调整染色体取值；判断是否发生灾变，若所述灾变发生，则对群体进行灾变操作。本申请能够解决当前对于空间碎片初轨确定过程中运算复杂，精度低及效率低的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法及装置


[0001]本申请属于航天
，具体涉及一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法及装置。

技术介绍

[0002]空间碎片是空间目标的一种，主要是人类遗留在空间的废弃物，例如火箭箭体、抛弃部件、火箭喷射物、空间目标碰撞产生的碎片以及报废的航天器等。据统计，截止到 2009 年5月，在轨空间碎片总数14271个，其中有效载荷的数目达到 3445个，火箭 1857 个，然而空间碎片达到了 8969 个。截止 2014 年 6 月，已经编目的在轨空间碎片数目高达 20000 个，集中分布在近地轨道和地球同步轨道附近。据目前已经编目探测的空间碎片，主要集中在轨道高度为450~1200km，轨道倾角为45
°
~110
°
的低轨轨道和轨道倾角为 0
°
~15
ꢀ°
的地球同步轨道内。过多的空间碎片会造成近地轨道的拥挤，可能严重影响在轨运行航天器的安全状态。当空间碎片与航天器猛烈碰撞时，其平均相对速度可能高达 10km/s，不但严重损伤航天器的表面，而且更严重地是引发航天器飞行故障。地球外围的危险垃圾带不断膨胀，高动能的空间碎片碰撞会产生巨大的能量，并且当空间碎片累积到一定临界密度时，会造成碎片间链式碰撞，从而引发更大的太空破坏。
[0003]近些年来空间碎片碰撞事件频频发生，迫切使得人类需要掌握空间碎片的活动状态和性质，因此空间碎片监视技术应运而生。空间碎片监视技术需要通过识别空间碎片，获取碎片的属性、用途和威胁性，进行跟踪、监视、识别、定轨和编目等。
[0004]空间目标监视系统是监视在轨目标，识别新发目标和变轨目标，以获取其轨道、功能和状态以及威胁等信息的战略信息获取系统。
[0005]目前，空间目标的监测手段按照观测平台的不同可分为两类；地基监测和天基监测。
[0006]地基空间目标监视系统受地球曲率、大气环境的影响其可观测性、可跟踪区域以及几何特征感知等方面都存在不可克服的局限性。因此，难以满足高精度的应用需求。
[0007]天基观测站可以根据任务需要进行变轨跟踪，而且当空间目标进入预警卫星传感器成像作用范围内时，可以进行辐射、几何等特征提取，极大地增加了空间态势感知能力。所以天基空间目标监视系统是空间目标跟踪与监视的重要发展趋势。
[0008]通过天基的观测手段得到对碎片的观测值后，为了对其进行有效跟踪、编目和管理，还需确定这些碎片的轨道。轨道确定，作为天基空间目标监视的关键技术，直接决定天基监视的成败以及整个系统的性能。
[0009]轨道确定按照处理过程可分为初轨确定和轨道改进，也即精密定轨。其中，初轨确定是在没有任何初始信息的前提下，利用较短弧段的观测数据，采用比较简单的动力学模型（通常是二体模型）快速计算出空间目标的初始轨道。对于新目标而言，初轨确定是精密定轨的前提，且高精度的初轨可节省精密定轨的时间，提高精密定轨的精度。另外，短弧度之间的数据关联也要求较高精度的初轨结果。对于空间中未知的碎片，没有任何先验轨道
信息可利用，因此空间碎片的初始轨道确定就显得尤为重要和关键。
[0010]天基空间非合作目标的初轨确定，利用短弧测量数据计算，快速高准确率的确定某一时刻空间目标的位置和速度。
[0011]传统的测角定轨方法如Laplace方法、Gauss方法，一般利用三次方向观测得到的6个角度观测量进行轨道解算属于确定性定轨问题。但随着观测技术的改善，如今一次弧段观测得到的观测数据一般都会多于个即冗余观测下的初定轨问题，现在的初定轨解算属于超定非线性方程组求解问题。
[0012]此外由于天基光学探测系统受到载荷性能、卫星平台周期和系统工作模式等因素影响，对空间碎片的观测时间很短，可能几分钟甚至几秒钟，造成短弧甚至极短弧测量，短弧测量造成碎片运动信息获取过少，特别是不利于分析弧段曲率等高阶信息，以及观测目标距离信息的缺失。传统的测角定轨方法在处理短弧段时，精度很差甚至不收敛。
[0013]在现有初轨检测方法中，对于采用基于最小二乘法的多观测数据初轨确定，其存在的缺点是：在初始估计值误差较大时会引起较大的误差，精度低。
[0014]对于采用优化算法，其存在的缺点是：在没有任何先验信息的情况下，一般靠猜测选择初始点在参数维数较高的情况下解空间较大，猜测的初始点极可能远离真实解。
[0015]对于约束域内的约束微分修正方法和三角网细分迭代搜索法，其存在的缺点是：只适应于两个短弧段间隔时间较长的情况，并且节点计算量很大的场景。对于单弧段且观测时间很短的时候定轨精度明显下降。
[0016]对于传统的遗传算法，其存在的缺点是：效率低，不适用于海量空间碎片。

技术实现思路

[0017]本申请实施例的目的是提供一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法及装置，能够解决当前对于空间碎片初轨确定过程中运算复杂，精度低及效率低的问题。
[0018]为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：第一方面，本申请实施例提供了改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法，包括：获取种群参数；基于所述种群参数，进行量子编码，构造染色体；根据所述染色体，获得叠加态；根据所述叠加态，计算适应度，并记录极值个体及适应度；基于所述适应度，判断遗传是否进行，若所述遗传不进行，采用量子门作用，调整所述染色体取值；判断是否发生灾变，若所述灾变发生，则对群体进行灾变操作。
[0019]可选地，获取种群参数为选取初值。
[0020]可选地，量子编码，具体包括：采用量子比特编码，其公式为：
；；i=1,2，
…
n,j=1,2,
…
k;其中，θ为量子比特的相位，n为所述染色体的数目，k为量子位的位数即解空间的维数，rand是[0,1]范围内的随机数。
[0021]可选地，所述量子位分为上下两行，所述两行量子位为两个量子基本态的概率幅，且满足归一化条件。
[0022]可选地，判断遗传是否进行，包括：在迭代的次数或参数不再变化的情况下，所述迭代结束，进而所述遗传不进行。
[0023]可选地，采用量子门作用，调整所述染色体取值，包括：采用量子旋转门，对所述染色体进行遗传变异，改变所述染色体取值的每一位所述量子比特的量子角度，调整所述染色体取值。
[0024]可选地，判断是否发生灾变，包括：量子比特编码处于局部极值的情况下，所述量子比特编码的数值会发生过早收敛。
[0025]可选地，对群体进行灾变操作，包括：在群体中施加扰动，使所述量子比特编码脱离所述局部极值，并进行新的搜索。
[0026]第二方面，本申请实施例提供了一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的装置，包括：获取模块，用于获取种群参数；编码模块，用于基于所述种群参数，进行量子编码，构造染色体；叠加模块，用于根据所述染色体，获得叠加态；计算模块，用于根据所述叠加态，计算适应度，并记录最佳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法，其特征在于，包括：获取种群参数；基于所述种群参数，进行量子编码，构造染色体；根据所述染色体，获得叠加态；根据所述叠加态，计算适应度，并记录极值个体及适应度；基于所述适应度，判断遗传是否进行，若所述遗传不进行，采用量子门作用，调整所述染色体取值；判断是否发生灾变，若所述灾变发生，则对群体进行灾变操作。2.根据权利要求1所述的改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法，其特征在于，包括：所述获取种群参数为选取初值。3.根据权利要求2所述的改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法，其特征在于，所述量子编码，具体包括：采用量子比特编码，其公式为：；；i=1,2，
…
n,j=1,2,
…
k;其中，θ为量子比特的相位，n为所述染色体的数目，k为量子位的位数即解空间的维数，rand是[0,1]范围内的随机数。4.根据权利要求3所述的改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法，其特征在于，包括：所述量子位分为上下两行，所述两行量子位为两个量子基本态的概率幅，且满足归一化条件。5.根据权利要求4所述的改进量子遗传算法的空间碎片初轨确定的方法，其特征在于，所述判断遗传是否进行，包括：在迭代的次数或参数不再变化的情况下，所述迭代结束，进而所述遗传不进行。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凌根，王茜，周欢，杨立成，唐歌实，
申请(专利权)人：北京航天驭星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：