【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星编队飞行控制领域，涉及一种小卫星星座编队构型路径规划方法。
技术介绍
1、小卫星星座编队解决了传统大型航天器耗资多、周期长、经济风险大的问题，小卫星星座编队为空间大规模任务的解决提供了空间平台基础，为高精度对地观测、高精度导航定位、空间对抗等问题提供了解决思路。小卫星星座等在内的航天器编队构型是航天器实现正常任务的基本保证，在复杂任务中，常常需要小卫星星座编队构型进行调整。而如何保证构型调整过程中小卫星星座的安全、稳定是星座编队的关键。因此，针对小卫星星座编队构型调整，寻找最优机动路径成为研究的一个重点。
2、以往针对卫星等航天器路径规划问题的研究多集中在单航天器机动路径、交会对接路径规划方面，特别是基于碰撞概率的单星路径规划已经成为当前卫星在轨机动的成熟手段。然而对于星座编队而言，每个单星并非独立个体，在星座编队中需相互协作完成既定任务，因此星座编队的在轨机动往往需要考虑星座下每个卫星机动过程对燃料消耗、工作效率、碰撞概率的影响。
3、遗传算法由于其灵活性、鲁棒性以及搜索不易陷入局部最优的优点在路径规划中得到大量应用。但是现有的基于遗传算法的路径规划方法只是规划出机动过程中的关键路径点，对时间因素没有进行考虑。然而时间因素对卫星星座编队构型路径规划的实时性和精度影响显著，是不可忽略的重要因素之一。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，该方法引入时间变量，
2、本专利技术的技术解决方案是：一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，包括：
3、选择卫星si,i＝1.2…n路径上的点组成一个位置集合，作为编码矩阵的第i行，n个卫星的位置集合组成编码矩阵，作为卫星星座构型调整路径；
4、在卫星星座运动区域内按照所述编码矩阵随机产生包含星座构型调整路径的初始种群；
5、引入时间因素，构造实现卫星星座构型调整过程中碰撞避免的机动路径函数，将编码矩阵中的位置采用考虑时间因素的机动路径函数表示；
6、构建综合适应度函数，根据种群中每个个体的综合适应度值，采用轮盘算法随机选择个体，并对选出的个体进行交叉、变异，产生新一代种群；
7、通过多次迭代，将最大综合适应度值所对应的个体作为卫星星座编队最优路径规划选择。
8、进一步的，所述的编码矩阵表示为：
9、
10、为卫星si规划路径中的第j个路径点，j＝1,2,…l，位置分别为卫星si的起始点和终点位置，坐标x轴沿地心到中心点的位置矢量方向，y轴与x轴垂直且指向中心点当地地平方向。
11、进一步的，所述包含星座构型调整路径的初始种群表示为：
12、
13、进一步的，所述机动路径函数采用牛顿插值多项式形式，表示为：
14、fi(t)＝fi[t1]+fi[t1,t2](t-t1)+…+fi[t1,t2,…,tl](t-t1)…(t-tl-1)
15、gi(t)＝gi[t1]+gi[t1,t2](t-t1)+…+gi[t1,t2,…,tl](t-t1)…(t-tl)
16、其中fi(t)为构建的卫星si的x方向机动路径函数，gi(t)为卫星si的y方向机动路径函数，fi[t1,t2,…,tl]和gi[t1,t2,…,tl]表示第l-1阶差商，t1,t2,…,tl表示l个不同位置对应的时刻。
17、进一步的，所述综合适应度函数综合无碰撞、路径短、能量损耗少三方面因素，表示为：
18、
19、k＝1,2,…,m，m为种群中个体的数量，mi为卫星si的质量，li为卫星机动路径长度，wi为基于卫星质量的权重函数，为卫星sp和sq之间的最小距离，rpq为编队卫星之间最小安全区域。
20、进一步的，所述的采用轮盘算法随机选择个体，具体为：
21、首先计算种群中每个个体的相对适应度值，根据随机产生的[0,1]区间内的随机数r与相对适应度对比选择个体，相对适应度值具体为：
22、
23、如果有：
24、
25、则选择个体ik。
26、进一步的，所述的交叉基于双点交叉进行，从群体中以交叉概率选择某两个父代，然后由被选择的父代进行交换而产生子代。优选的，所述的交叉概率p1＝50％。
27、进一步的，所述的变异具体为：对选中的个体，按照变异概率随机将选中个体的某一节点上的数值编码进行改变。优选的，所述的变异概率p2＝2％。
28、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
29、(1)本专利技术方法通过在遗传算法中引入时间因素，基于随机搜索的路径点采用牛顿多项式插值实现机动路径函数的构造，建立基于无碰撞约束适应度函数、路径最短的适应度函数、能量损耗最少的适应度函数的综合适应度函数，完成遗传算法的设计，充分利用了遗传算法灵活性、鲁棒性以及搜索不易陷入局部最优的优点，综合考虑卫星星座机动过程中的碰撞、路径、能量问题，可以很好的完成卫星星座编队机动任务；
30、(2)本专利技术提出的考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，具有较好的稳定性和收敛性；由于充分考虑机动过程中的时间因素，因此规划出的路径在全局路径离线搜索中具有较高的应用价值。
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1.一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的编码矩阵表示为：
3.根据权利要求2所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述包含星座构型调整路径的初始种群表示为：
4.根据权利要求3所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述机动路径函数采用牛顿插值多项式形式，表示为：fi(t)＝fi[t1]+fi[t1，t2](t-t1)+…+fi[t1，t2，…，tL](t-t1)…(t-tL-1)gi(t)＝gi[t1]+gi[t1，t2](t-t1)+…+gi[t1，t2，…，tL](t-t1)…(t-tL)其中fi(t)为构建的卫星Si的x方向机动路径函数，gi(t)为卫星Si的y方向机动路径函数，fi[t1，t2，…，tL]和gi[t1，t2，…，tL]表示第L-1阶差商，t1，t2，…，tL表示L个不同位置对应的时刻。
5.根据权利要求4所述的一种考虑时间因素的
6.根据权利要求5所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的采用轮盘算法随机选择个体，具体为：
7.根据权利要求6所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的交叉基于双点交叉进行，从群体中以交叉概率选择某两个父代，然后由被选择的父代进行交换而产生子代。
8.根据权利要求7所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的交叉概率P1＝50％。
9.根据权利要求6所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的变异，具体为：对选中的个体，按照变异概率随机将选中个体的某一节点上的数值编码进行改变。
10.根据权利要求9所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的变异概率P2＝2％。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述的编码矩阵表示为：
3.根据权利要求2所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述包含星座构型调整路径的初始种群表示为：
4.根据权利要求3所述的一种考虑时间因素的小卫星星座编队构型路径规划方法，其特征在于：所述机动路径函数采用牛顿插值多项式形式，表示为：fi(t)＝fi[t1]+fi[t1，t2](t-t1)+…+fi[t1，t2，…，tl](t-t1)…(t-tl-1)gi(t)＝gi[t1]+gi[t1，t2](t-t1)+…+gi[t1，t2，…，tl](t-t1)…(t-tl)其中fi(t)为构建的卫星si的x方向机动路径函数，gi(t)为卫星si的y方向机动路径函数，fi[t1，t2，…，tl]和gi[t1，t2，…，tl]表示第l-1阶差商，t1，t2，…，tl表示l个不同位置对应的时刻。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：武政利，王潇，孙诚，庄会慧，马楠，戴涧峰，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：
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