一种航天器追踪-逃逸-防御三方博弈的制导方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种航天器追踪

【技术实现步骤摘要】
一种航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法及系统


[0001]本专利技术涉及航天器追逃博弈制导
，尤其是一种航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法及系统。

技术介绍

[0002]随着空间交会与抵近技术的发展，针对非合作目标的在轨接近试验也越来越多。在未来可能的空间对抗中，我国在轨航天器将面临被接近的威胁。2022年，我国在轨空间站曾受到星链卫星的接近威胁而两次机动变轨。当接近的两航天器均能自主决策和机动时，该问题便成为一个空间连续动态博弈对抗的问题。对于机动能力较强的航天器，面对接近威胁时可以根据二人博弈理论主动规避接近的物体，但是对于机动能力较弱的高价值空间目标，如长期执行着重大科学任务的空间站，此类方法的防御效率较低，离轨防御代价较大，影响了空间站的正常任务安排。未来更加具有潜力的方式是在其附近环绕飞行着低成本的护卫航天器，通过主动机动捕获逼近的空间物体，实现安全防护。因此解决此场景下追踪
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逃逸
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防御三方博弈制导技术对国家安全具有重大意义。
[0003]航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈是一个非常复杂的问题，在博弈中，追踪航天器旨在追上逃逸航天器（被保护的目标），逃逸器旨在躲避追踪器，而防御航天器旨在通过主动拦截追踪器来达到保护逃逸器的目的。由于防御器的存在，追踪器在接近目标的同时不得不规避防御器，而逃逸器和防御器之间也存在着潜在的合作。如何突破追踪
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逃逸
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防御三方博弈制导技术，需要进一步的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法及系统，用于克服现有技术中无法实现追踪
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逃逸
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防御三方博弈制导等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法，包括以下步骤：利用微分对策方式构造航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈模型，并对所述三方博弈模型进行求解，得到协态方程和最优控制方程；根据所述三方博弈模型，得到状态量和协态量的关系式，根据状态量和协态量的关系式定义复合状态变量和复合协态变量，根据所述复合状态变量和复合协态变量将所述三方博弈模型以及协态方程、最优控制方程从分量形式的方程转化为矩阵形式的方程，得到高维复合状态模型；根据所述高维复合状态模型，进行航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈，得到三方博弈均衡策略。
[0006]为实现上述目的，本专利技术还提出一种航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导系统，包括：模型构建模块，用于利用微分对策方式构造航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈模
型，并对所述三方博弈模型进行求解，得到协态方程和最优控制方程；模型转化模块，用于根据所述三方博弈模型，得到状态量和协态量的关系式，根据状态量和协态量的关系式定义复合状态变量和复合协态变量，根据所述复合状态变量和复合协态变量将所述三方博弈模型以及协态方程、最优控制方程从分量形式的方程转化为矩阵形式的方程，得到高维复合状态模型；博弈模块，用于根据所述高维复合状态模型，进行航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈，得到三方博弈均衡策略。
[0007]为实现上述目的，本专利技术还提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述方法的步骤。
[0008]为实现上述目的，本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：本专利技术提供的航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法采用微分对策方式构造求解航天器的追逃问题，求解得到的制导律在所用模型下指标是最优的，可实现逃逸航天器和防御航天器的合作制导，同时实现追踪航天器的在追踪目标的同时躲避防御航天器的拦截。此外，本专利技术的方法可拓展到防御航天器集群保护逃逸器情况下的三方博弈问题，即当防御航天器的数量不只一个时，同样可以按照本专利技术的方法得到相应的三方均最优的纳什均衡策略。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0011]图1为本专利技术提供的航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法流程图；图2为2000s 单个防御航天器的三人博弈纳什均衡轨迹；图3为5000s 单个防御航天器的三人博弈纳什均衡轨迹；图4为2000s两个防御航天器的四人博弈纳什均衡轨迹。
[0012]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0015]本专利技术提出一种航天器追踪
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防御三方博弈的制导方法，如图1所示，包括以
下步骤：101：利用微分对策方式构造航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈模型，并对三方博弈模型进行求解，得到协态方程和最优控制方程；102：根据所述三方博弈模型，得到状态量和协态量的关系式，根据状态量和协态量的关系式定义复合状态变量和复合协态变量，根据复合状态变量和复合协态变量将所述三方博弈模型以及协态方程、最优控制方程从分量形式的方程转化为矩阵形式的方程，得到高维复合状态模型；103：根据高维复合状态模型，进行航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈，得到三方博弈均衡策略。
[0016]在其中一个实施例中，对于步骤101，利用微分对策方式构造航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈模型，包括：以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈的制导方法，其特征在于，包括以下步骤：利用微分对策方式构造航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈模型，并对所述三方博弈模型进行求解，得到协态方程和最优控制方程；根据所述三方博弈模型，得到状态量和协态量的关系式，根据状态量和协态量的关系式定义复合状态变量和复合协态变量，根据所述复合状态变量和复合协态变量将所述三方博弈模型以及协态方程、最优控制方程从分量形式的方程转化为矩阵形式的方程，得到高维复合状态模型；根据所述高维复合状态模型，进行航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈，得到三方博弈均衡策略。2.如权利要求1所述的制导方法，其特征在于，利用微分对策方式构造航天器追踪
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逃逸
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防御三方博弈模型，包括：以逃逸航天器、追踪航天器和防御航天器附近的一颗虚拟航天器作为参考航天器，建立LVLH坐标系；根据所述LVLH坐标系，利用C
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W方程，构建用于描述逃逸航天器、追踪航天器和防御航天器相对虚拟航天器运动的运动状态方程；综合考虑航天器间的距离指标和能量消耗指标，建立二次型指标函数。3.如权利要求2所述的制导方法，其特征在于，以逃逸航天器、追踪航天器和防御航天器附近的一颗虚拟航天器作为参考航天器，建立LVLH坐标系，包括：以逃逸航天器、追踪航天器和防御航天器附近的一颗虚拟航天器作为参考航天器，建立当地轨道坐标系；以所述坐标系的原点作为参考航天器的质心，轴沿参考航天器的径向，轴沿参考航天器轨道面的法向，轴沿参考航天器运动的轨迹切向，并与、轴构成右手坐标系。4.如权利要求2所述的制导方法，其特征在于，根据所述LVLH坐标系，利用C
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W方程，构建用于描述逃逸航天器、追踪航天器和防御航天器相对虚拟航天器运动的运动状态方程，包括：根据所述LVLH坐标系，利用C
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W方程描述逃逸航天器、追踪航天器和防御航天器相对虚拟航天器的运动，（1）式中，、、分别为机动航天器在LVLH坐标系下的三个位置分量；、、分别为对应位置分量的一阶时间导数；、、为对应位置分量的二阶时间导数；为虚拟航天器做圆周运动的角速度；、、为机动航天器分别在径向、迹向和法向推力加速度
分量；令令，则运动方程（1）写为下面状态方程形式：（2）式中，、为运动状态方程的系数矩阵；为矢量的一阶时间导数；定义追踪航天器、逃逸航天器和防御航天器集群的相对运动状态分别为、、，下标P、E和D分别表示追踪航天器、逃逸航天器和防御航天器，i = 1, 2,
ꢀ…
, N表示防御航天器集群中每个防御航天器的编号，N为防御航天器的个数，且均满足式（1）；令，为追踪航天器相对逃逸航天器的状态变量，，为防御航天器i相对追踪航天器的状态变量，令、，，分别为对应航天器的推力加速度矢量，运动状态方程表示为：（3）式中，变量上方的点号表示对应变量的一阶时间导数。5.如权利要求2所述的制导方法，其特征在于，综合考虑航天器间的距离指标和能量消耗指标，建立二次型指标函数，包括：综合考虑航天器间的距离指标和能量消耗指标，建立二次型指标函数，
（4）式中，为终端时刻t
f
追踪航天器相对逃逸航天器的状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚中，李振瑜，冯邈，张进，杨震，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：