一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法技术

本申请提供一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法，包括确定需要观测小行星的多个观测位置；获取各可供调用航天器的位置、速度和剩余燃料信息；初始化多个航天器运动的解空间；在解空间内选取一个可行解作为初始解；记录初始解中各航天器的轨道转移参数以及相应的转移轨道；记录初始解的位置作为全局最优位置并计算适应度值，将适应度值作为全局最优适应度值；在解空间内移动解的位置；记录新的解中各航天器的轨道转移参数；比较并更新全局最优适应度值；判断是否触发结束条件。本申请的用于多航天器小行星感知的任务规划方法，能够实现多航天器的小行星协同感知任务规划并输出各个任务的执行方案。输出各个任务的执行方案。输出各个任务的执行方案。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法


[0001]本申请设计一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法。

技术介绍

[0002]小行星感知是小行星探测任务中的重要部分，小行星探测为太阳系与探索地球的生命起源提供了重要信息，同时在小行星防御方面，可以通过对近地小行星的感知来获取小行星表面的材料特性的信息，来分析小行星撞击地球的可能性。此外，小行星资源利用的新兴太空商业经济，如水、贵金属和矿物等有价值资源，可以用于未来的行星间探测任务。小行星感知任务的重要部分是探测小行星的表面与材料特性，几乎所有的小行星都是形状不规则的小行星，具有独特的表面特征，如陨石坑、尘埃和颗粒物质。因此，在选择任何特定地点进行着陆或现场试验之前，需要对这些特征进行高分辨率测量。传统上，以前的小行星探测任务使用单个卫星作为轨道器或飞跃任务来观察小行星的表面，然而在星际任务中经常需要利用多航天器的对小行星进行探测，因此需要对多个航天器进行任务规划，以尽可能高效完成小行星探测任务。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法，具有寻找解效率高的优点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法，其包含：
[0005]一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法，包括以下步骤：
[0006]S10、确定需要观测小行星的多个观测位置；
[0007]S20、获取各可供调用航天器的速度、位置和剩余燃料信息；
[0008]S30、初始化多个所述航天器运动的解空间；
[0009]S40、在所述解空间内选取一个可行解作为初始解；
[0010]S50、记录所述初始解中各航天器的轨道转移参数，以及相应的转移轨道；
[0011]S60、记录所述初始解的位置作为全局最优位置并根据所述轨道转移参数计算适应度值，将所述适应度值作为全局最优适应度值；
[0012]S70、在所述解空间内移动当前解的位置；
[0013]S80、记录新的解中各所述航天器的轨道转移参数；
[0014]S90、根据所述轨道转移参数计算新的所述适应度值，比较新的所述适应度值与所述全局最优适应度值，若所述适应度值优于所述全局最优适应度值，则将所述全局最优适应度值更新为新的所述适应度值，并将所述全局最优位置更新为新的所述解的位置；否则不改变所述全局最优适应度值以及所述全局最优位置；
[0015]S100、判断是否触发结束条件，若是，则结束迭代；若不是，则重复S70
‑
S100。
[0016]在本方案中，通过在解空间内不断迭代寻找更优解，确定航天器的最佳观测序列，
实现小行星探测感知、测量、观测等任务的航天器的路径规划，从而缩短航天器的运行路径，缩短航天器观测的所需时间，提高航天器观测小行星的效率。
[0017]较佳地，所述轨道转移参数包括燃料消耗量。
[0018]在本方案中，通过燃料消耗量作为轨道转移参数的描述值，将评价指标转换成为燃料消耗量这一无方向的标量，便于比较，通过直接比较不同解的对应的燃料消耗量值即可作为判断依据，提高迭代计算效率。
[0019]较佳地，所述燃料消耗量通过所述航天器的速度增量来表示。
[0020]在本方案中，由于燃料消耗量与速度增量成正相关，通过计算速度增量来表示燃料消耗量，速度增量通过航天器运动前后两个状态的矢量速度差得到，从而提高计算效率。
[0021]较佳地，在S30中还包括所述航天器的当前矢量速度信息。
[0022]在本方案中，在S30中获取航天器在观测任务之前的矢量速度信息，再获到达观测位置的矢量速度信息，得到速度增量更精确，计算得到的燃料消耗量更加精确。
[0023]较佳地，所述燃料消耗量还包括所述航天器转移、地标观测以及等待所需的燃料。
[0024]在本方案中，进一步加入航天器转移、地标观测以及等待所需的燃料消耗量，进一步提高航天器燃料消耗量评估的精确度。
[0025]较佳地，在S30中还包括限定所述解空间的位置范围。
[0026]较佳地，还限定所述解在所述解空间内运动时的速度范围。
[0027]较佳地，当所述解处于运动至所述解空间外部时，将所述解作为惩罚解，并对惩罚解进行惩罚处理。
[0028]在本方案中，当计算得到处于解空间外部的解时，进行惩罚处理，避免后续解再次向该方向运动，使后续得到的解尽可能落在解空间范围内，避免得到无效解而浪费计算资源以及时间，提高计算效率。
[0029]较佳地，所述结束条件包括最大迭代次数。
[0030]在本方案中，通过设置最大迭代次数，当迭代次数达到最大迭代次数时即停止迭代，取当前存储的全局最优位置的解作为最终解输出，避免无限迭代浪费计算资源。
[0031]较佳地，所述结束条件还包括目标适应度值。
[0032]在本方案中，结束条件还包括目标适应度值，即达到全局最优适应度值达到目标适应度值时而尚未达到最大迭代次数时也停止迭代，无需每次计算都达到最大迭代次数，加快迭代进程，节约计算资源，缩短获得解所需的时间。
[0033]综上所述，与现有技术相比，本专利技术提供的用于多航天器小行星感知的任务规划方法，具有如下有益效果：
[0034]本申请的用于多航天器小行星感知的任务规划方法，能够根据小行星感知任务和航天器的情况，实现多航天器的小行星协同感知任务规划并输出各个任务的执行方案，能够根据小行星感知任务位置等信息，规划出航天器任务执行的轨道转移路径，并为多航天器的任务规划提供了任务执行路径的长度、时间及轨道转移燃料消耗；此外，本申请提出的任务规划方法，不仅可以用于带传感器的航天器对小行星的覆盖协同感知，也可适用于其他原位探测任务场景，如使用激光钻取小行星表面并分析其矿物成分，着陆后小行星表面巡视以及小行星表面钻取采样返回等。
附图说明
[0035]图1为本申请的用于多航天器小行星感知的任务规划方法的流程图。
具体实施方式
[0036]以下将结合本专利技术实施例中的附图1，对本专利技术实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
[0037]需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施方式的目的，并非用以限定本专利技术实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。
[0038]需要说明的是，在本专利技术中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多航天器小行星感知的任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、确定需要观测小行星的多个观测位置；S20、获取各可供调用航天器的位置、速度和剩余燃料信息；S30、初始化多个所述航天器运动的解空间；S40、在所述解空间内选取一个可行解作为初始解；S50、记录所述初始解中各航天器的轨道转移参数，以及相应的转移轨道；S60、记录所述初始解的位置作为全局最优位置并根据所述轨道转移参数计算适应度值，将所述适应度值作为全局最优适应度值；S70、在所述解空间内移动当前解的位置；S80、记录新的解中各所述航天器的轨道转移参数；S90、根据所述轨道转移参数计算新的所述适应度值，比较新的所述适应度值与所述全局最优适应度值，若新的所述适应度值优于所述全局最优适应度值，则将所述全局最优适应度值更新为新的所述适应度值，并将所述全局最优位置更新为新的所述解的位置；否则不改变所述全局最优适应度值以及所述全局最优位置；S100、判断是否触发结束条件，若是，则结束迭代；若不是，则重复S70
‑
S100。2.如权利要求1所述的用于多航天器小行星感知的任务规划方法，其特征在于，所述轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯浩龙，宁雷，潘晓，宋婷，韩飞，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：