【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天科学控制，具体涉及一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法及系统。
技术介绍
1、各国空间技术也快速发展，这使得在轨卫星数量呈指数级增长，这造成了空间环境不断恶化，太空中空间碎片数量激增，轨道空间如意拥挤。此外，由于各国对太空资源的竞争逐步加剧、轨道袭扰增多，航天器在轨安全运行面临着严峻挑战。
2、然而，面对以上空间威胁，目前传统的应对方式过度地依赖地面人员决策，需要通过航天器所传回的信息人为决策威胁规避动作，因此存在星地回路时间周期长、运控压力大、威胁处置实时性不足等问题，容易造成航天器在面对威胁时，因难以把握处置的尺度而采取过度或过钝的反应，从而严重影响其在轨运行的安全性与业务的连续性，难以适应威胁数量不断增长、空间环境日益恶化的态势。
3、此外，由于星上资源有限，自主规避威胁需要综合考虑动作时间、资源分配等因素，因此，如何通过航天器“感知-决策-执行”系统的分析，实现自主规避威胁行为规划方法成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法及系统，能够实现最小化威胁规避时间的最优动作序列的求解。
2、本专利技术采取的技术方案具体如下：
3、一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，包括以下步骤：
4、步骤1：根据航天器“感知-决策-执行”系统流程构建时延petri网模型；
5、步骤2：根据petri网模型分析变迁和库所的逻辑
6、步骤3：petri网简化并添加资源库所，获得变迁使能关系；
7、步骤4：建立数学模型；
8、步骤5：非线性模型线性化；
9、步骤6：利用在matlab中调用gurobi优化工具箱求解线性模型最优解，进行实验分析。
10、进一步地，所述步骤1中的模型表示为n＝(p，t，pre，post，w)，p＝{p1，p2，...，pm}表示库所集合，令库所集合p＝pb∪pa∪pend，pb表示起始库所集合，pa表示过程库所集合，pend表示终止库所，t＝{t1，t2，...，tn}表示变迁集合，pre和post分别表示库所和变迁以及变迁和库所的连接关系及弧的权值，w＝[w(t1)，w(t2)，...，w(tn)]表示变迁触发时延时间。
11、进一步地，所述步骤2包括以下步骤：
12、首先，库所p若有托肯，需满足前置变迁发射，库所p等级大于等于任意前置变迁ti等级，变迁t的等级小于等于任意后置库所pi；
13、其次，变迁t的发射前提条件是前置库所pi具有托肯，变迁t等级大于任意前置库所pi等级，库所p等级小于任意后置变迁ti等级；
14、以数学形式表示如下：
15、
16、
17、其中，表示变迁ti等级下界，和分别表示库所pi的等级下界和上界；
18、获得上述等级上下界需定义各库所、变迁等级上下界均为0，即：
19、
20、其中，对于每个库所pi∈pb，初始化搜索库所集合pfind为空集，找到库所pi的前置变迁集合tcurrent，令集合tcurrent内所有变迁等级下界等于其本身与库所pi等级下界的最大值，即对于每个变迁ti∈tcurrent，找到其后置库所集合ptab＝{plp∈t·}，令集合ptab内所有库所等级下界等于其本身与变迁ti等级下界的最大值，即并令搜索库所集合pfind＝pfind∪ptab；
21、然后令当前搜索集合pcurrent＝pfind，对于每个库所pj∈pcurrent，更新库所搜索集合pfind＝pfind/pj，找到库所pj的前置变迁集合tcurrent，令集合tcurrent内所有变迁等级下界等于其本身与库所pj等级下界的最大值，即对于每个变迁ti∈tcurrent，找到其后置库所集合ptab＝{p|p∈t·}，令集合ptab内所有库所等级下界等于其本身与变迁ti等级下界的最大值，即并令搜索库所集合pfind＝pfind∪ptab，若集合pfind为非空集，则继续执行该步；
22、最后，对于每个库所pi∈p/pb，找到库所pi的前置变迁集合tcurrent，令库所等级上界对于每个变迁ti∈t，找到变迁ti的后置库所集合pcurrent，令变迁等级上界
23、进一步地，所述步骤3包括以下步骤：
24、先通过所得到的petri网库所和变迁的等级，对petri网进行简化，若存在变迁t与其前置库所pi满足：则将前置变迁tj与库所pi的连接弧权值减去库所pi与变迁t的连接弧权值，并删去库所pi和变迁t的连接弧，即：post(pi，tj)＝post(pi，tj)-pre(pi，t)，pre(pi，t)＝0；
25、然后根据简化后的petri网得到变迁使能的逻辑关系，定义向量gi＝[gi(t1)，gi(t2)，...，gi(tn)]表示变迁ti与其他变迁的关系，其中，
26、
27、从petri网结构中分析：
28、最后依次判定各变迁所代表的动作是否需要资源，定义向量r＝[r(t1)，r(t2)，...，r(tn)]表示资源-变迁关系向量：
29、
30、添加资源库所pr，即令p＝p∪pr，并建立资源库所pr与变迁的弧及其权值：
31、
32、
33、进一步地，所述步骤4包括以下步骤：
34、首先，根据petri网状态方程描述系统的动作和系统对应状态的转换，从状态m0到状态m1，再到状态m2，…，最后到状态mh，状态之间的转换关系表示为：
35、mi＝mi-1+c·σi (1)；
36、其中，c＝post-pre表示关联矩阵，σi＝[σi(t1)，σi(t2)，...，σi(tn)]；
37、即
38、另外，满足状态转换的正确性需满足：
39、mi-1-pre·σi≥0 (2)；
40、接着，τi＝[τi(t1)，τi(t2)，...，τi(tn)]表示到第i步的触发变迁完成记录时间，其中：
41、
42、zi表示到第i步的触发变迁完成时间，即：
43、zi＝max(τi) (3)；
44、τ1＝[τ1(t1)，τ1(t2)，...，τ1(tn)]表示第1步的触发变迁完成时间，可表示为：
45、
46、也可表示为：
47、τ1(tj)＝σ1(tj)·w(tj) (4)；
48、当i≥2时，τi将记录之前触发变迁的完成时间以及新触发变迁的完成时间，即：
49、τi(tj)＝τ(i-1)(tj)+σi(tj)·(zi-1+w(tj)-vi-1(j)) (5)；
50、引本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：所述步骤1中的模型表示为N＝(P，T，Pre，Post，w)，P＝{p1，p2，...，Pm}表示库所集合，令库所集合P＝PB∪PA∪pend，PB表示起始库所集合，PA表示过程库所集合，pend表示终止库所，T＝{t1，t2，...，tn}表示变迁集合，Pre和Post分别表示库所和变迁以及变迁和库所的连接关系及弧的权值，w＝[w(t1)，w(t2)，...，w(tn)]表示变迁触发时延时间。
3.根据权利要求2所述的一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种航天器系统分析及自主规
7.一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划系统，采用权利要求1-6中任一项所述的一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：包括：
...【技术特征摘要】
1.一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航天器系统分析及自主规避威胁行为规划方法，其特征在于：所述步骤1中的模型表示为n＝(p，t，pre，post，w)，p＝{p1，p2，...，pm}表示库所集合，令库所集合p＝pb∪pa∪pend，pb表示起始库所集合，pa表示过程库所集合，pend表示终止库所，t＝{t1，t2，...，tn}表示变迁集合，pre和post分别表示库所和变迁以及变迁和库所的连接关系及弧的权值，w＝[w(t1)，w(t2)，...，w(tn)]表示变迁触发时延时间。
3.根据权利要求2所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：施威杰，邱剑彬，王桐，罗姗，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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