一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法技术

本发明专利技术属于航空航天空间轨道博弈与空间安全领域，涉及一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，具体包括以下过程：确定轨道博弈场景参数；基于航天器相对运动方程，建立回合制模式追逃拦轨道博弈模型；设计追击者的追击策略，设计拦截者的拦截策略，设计逃逸者的逃逸策略；基于轨道博弈场景参数和回合制模式追逃拦轨道博弈模型完成三者博弈指标优化，分别得到三者博弈指标的最优值

【技术实现步骤摘要】
一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法


[0001]本专利技术属于航空航天空间轨道博弈与空间安全领域，特别是涉及一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法
。

技术介绍

[0002]随着各国航天技术的不断发展，航天器数量不断增多，任务能力迅速提升，空间环境也日趋复杂
。
在这种趋势下，空间安全已成为涉及国家安全与利益的“高边疆”，空间领域已成为大国博弈对抗的竞技场
。
由于各个航天大国的空间对抗手段不断丰富，能力提升迅速，空间作战体系初步构建，我国空间安全面临极大威胁
。
因此，我方航天器需要具备与之相匹配的空间博弈对抗能力，以保证能够更好地完成任务
。
[0003]在空间轨道博弈中，会出现多个追击者对多个目标进行追击拦截
。
为了提高多追击者的整体作战性能，存在目标分配系统将多个追击者分配给同一个目标的情况
。
与单个追击者对单个逃逸航天器相比，多对单的追击问题中存在多个追击者相对运动的相互耦合，如何对各个追击者进行协调控制，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特征在于，所示回合制为博弈双方的轨道机动是以序贯方式交替实施，当只有一方实施轨道机动且延迟反应时间后，另一方才能实施轨道机动；航天器分为追击者
、
拦截者及逃逸者；具体包括以下过程：确定轨道博弈场景参数；基于航天器相对运动方程，建立回合制模式追逃拦轨道博弈模型；设计追击者的追击策略，基于轨道博弈场景参数和回合制模式追逃拦轨道博弈模型完成追击者博弈指标优化，得到追击者博弈指标的最优值；设计拦截者的拦截策略，基于轨道博弈场景参数和回合制模式追逃拦轨道博弈模型完成拦截者博弈指标优化，得到拦截者博弈指标的最优值；设计逃逸者的逃逸策略，基于轨道博弈场景参数和回合制模式追逃拦轨道博弈模型完成逃逸者博弈指标优化，得到逃逸者博弈指标的最优值
。2.
根据权利要求1所述的一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特征在于，轨道博弈场景参数包括
LVLH
坐标系的参考航天器轨道半长轴
、
脉冲控制间隔时间
、
距离判断条件参数
、
双方初始位置速度
、
及脉冲约束条件
。3.
根据权利要求1所述的一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特征在于，
S1
中，回合制模式追逃拦轨道博弈模型如下：中，回合制模式追逃拦轨道博弈模型如下：公式
(1)
中，
k
代表双方博弈回合计数；
J
代表追逃博弈的双边优化指标；
P1代表追击者；
P2代表拦截者；
E1代表逃逸者；代表追击者脉冲速度增量控制构成的列向量；代表拦截者脉冲速度增量控制构成的列向量；代表逃逸者脉冲速度增量控制构成的列向量；代表追击者脉冲速度增量控制的约束函数；
代表拦截者脉冲速度增量控制的约束函数；代表逃逸者脉冲速度增量控制的约束函数；代表追踪者的状态矢量，具体为代表追踪者的状态矢量，具体为代表拦截者的状态矢量，具体为者的状态矢量，具体为代表逃逸者的状态矢量，具体为
x
代表
LVLH
系下轨道径向的位置分量；
y
代表
LVLH
系下飞行方向的位置分量；
z
代表
LVLH
系下轨道角动量方向的位置分量；
v
x
代表
LVLH
系下轨道径向的速度分量；
v
y
代表
LVLH
系下轨道飞行方向的速度分量；
v
z
代表
LVLH
系下轨道角动量方向的速度分量；
Δ
T
为脉冲控制间隔时间；其中：矩阵满足：
B
＝
[03×3,I3×3]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
式
(2)
中：脉冲控制间隔时间为
Δ
T
，状态转移矩阵
φ
(k+1,k)
用于实现从
k
·
Δ
T
时刻到
(k+1)
·
Δ
T
时刻的状态转移，其具体形式通过轨道动力学里的
CW
方程构建，具体为：其中表示
LVLH
坐标系的原点绕地球旋转的速度，
μ
为地球引力场系数，
a
为
LVLH
坐标系的参考航天器轨道半长轴
。4.
根据权利要求3所述的一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特
征在于，所述设计追击者的追击策略，具体过程为：设计追击者
P1的第
k
个控制施加时刻的策略指标为：
J
P1
(k)
＝
(X
P1
(k+1)
‑
X
E1
(k+1))
T
·
Q
P1E1
·
(X
P1
(k+1)
‑
X
E1
(k+1))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
式中，
Q
P1E1
为权值分配矩阵，且存在约束：取则则追击者
P1的第
k
个控制施加时刻的策略指标为：
5.
根据权利要求3所述的一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特征在于，所述设计拦截者
P2的拦截策略具体为：设计拦截指标函数，拦截指标函数包括拦截者追击项
、
相对位置速度协同项和方位角协同项，表达式为：
J
P2
＝
η1·
J
P2E1
+
η2·
J
P1P2
+
η3·
J
a
；其中，
η1，
η2，
η3为各项权值；
J
P2E1
为拦截者追击项；
J
P1P2
为相对位置速度协同项；
J
a
为方位角协同项
。6.
根据权利要求5所述的一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特征在于，拦截者追击项
J
P2E1
的设计具体为：取拦截者的第
k
个控制施加时刻的追击项指标为：式中，
Q
P2E1
为权值分配矩阵，取其中，
公式
(8)
变换为：
7.
根据权利要求5所述的一种基于最优化理论的轨道追逃拦博弈策略设计方法，其特征在于，拦截者的相对位置速度协同项
J
P1P2
设计具体为：描述追击方通信拓扑结构的有向图有一个生成树并定义相关参数
a
ij
，如果第
i
个追击者能获取第
j
个追击者信息，则
a
ij
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙钦伯，党朝辉，唐生勇，肖余之，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：