【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运载火箭发射任务规划，特别是涉及一种针对星座部署的运载火箭协同发射任务规划方法及系统。
技术介绍
1、21世纪以来，太空空间在未来社会中处于核心地位已成为共识。目前，提出了空间快速响应(ors)概念，其基本思想是快速产生和维持空间优势，让空间系统具有根据实际需要按照决策者要求执行侦察、监视等的能力。
2、为实现短时间内对热点地区进行持续侦察，需要多颗卫星组成星座进行观测，则要求短时间内实现运载火箭集群发射。在卫星组网的应急发射中，卫星发射数目多，任务发射时间短，发射窗口有限，往往需要多个发射场协同进行多波次集群发射。
3、传统的发射模式多针对单一场地、单一卫星、单一波次的发射任务，难以应对多场地、多波次的集群发射任务。因此，亟需一种针对星座部署的运载火箭协同发射任务规划方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种运载火箭协同发射任务规划方法及系统，能够在给定发射任务的前提下，协调不同的发射场地、观测站，对不同的发射场地分配不同的卫星数目、发射波次和发射窗口，完成面向卫星组网的运载火箭集群发射。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种运载火箭协同发射任务规划方法，包括：
4、将给定的多星组网发射任务分解为多个子任务，其中，所述子任务的数量等于星座中轨道的数量，每个子任务包括在同一轨道的多个卫星；
5、根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫
6、将每一子任务中卫星发射窗口存在交集且发射场地相同的卫星的发射方式确定为一箭多星发射方式，将每一子任务中卫星发射窗口不存在交集的卫星的发射方式确定为单独发射方式，结合已经分配发射场地中的运载火箭型号以及每种型号运载火箭的最大运载能力，确定每一子任务中的每一个卫星实际搭载的运载火箭型号和每种型号运载火箭搭载实际的卫星数量；
7、根据分配的发射场地、实际搭载的运载火箭型号、每种型号运载火箭搭载实际的卫星数量以及卫星发射窗口，得到每一子任务对应的多种发射方案；
8、计算每一子任务对应的最优发射方案。
9、可选地，所述根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫星发射窗口条件和卫星发射效能的价值函数，确定每一子任务中的每一个卫星的发射场地，具体包括：
10、判断当前发射场地是否存在剩余运载火箭资源；
11、若当前发射场地存在剩余运载火箭资源，则继续判断当前发射场地是否存在当前卫星的卫星发射窗口；
12、若当前发射场地存在当前卫星的卫星发射窗口，则选择当前发射场地作为当前卫星的发射场地；
13、当当前卫星对应多个发射场地时，计算每一发射场地下当前卫星发射效能的价值函数，其中，所述价值函数包括发射场分配卫星的均衡性计算子函数和卫星的发射效能计算子函数；
14、选择所述价值函数最小的发射场地作为当前卫星的最终发射场地。
15、可选地，在执行步骤将每一子任务中卫星发射窗口存在交集且发射场地相同的卫星的发射方式确定为一箭多星发射方式，将每一子任务中卫星发射窗口不存在交集的卫星的发射方式确定为单独发射方式，结合已经分配发射场地中的运载火箭型号以及每种型号运载火箭的最大运载能力，确定每一子任务中的每一个卫星实际搭载的运载火箭型号和每种型号运载火箭搭载实际的卫星数量之前，还包括：设计每一发射场地中每种型号运载火箭的标称弹道。
16、可选地，所述设计每一发射场地中每种型号运载火箭的标称弹道，具体包括：
17、建立发射惯性系下每种型号运载火箭的动力学模型；
18、将一级飞行程序角、二级飞行程序角、三级飞行程序角和四级飞行程序角作为迭代变量，将高度误差小于第一阈值、当地弹道倾角误差小于第二阈值10-4(rad)和速度误差小于第三阈值作为迭代条件，采用牛顿迭代法设计运载火箭的上升段弹道；
19、根据所述动力学模型和所述上升段弹道设计所述标称弹道。
20、可选地，所述动力学模型表示为：
21、
22、其中，v∈r3×1，表示发射惯性坐标系下的运载火箭速度，p为发动机推力，pc为控制力，r为火箭所受气动力，g为引力，m为运载火箭的质量。
23、可选地，在执行步骤根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫星发射窗口条件和卫星发射效能的价值函数，确定每一子任务中的每一个卫星的发射场地之前，还包括：根据每一个卫星的轨道六根数、发射场经纬度以及初始时刻计算所述卫星发射窗口。
24、可选地，所述计算每一子任务对应的最优发射方案，具体包括：
25、根据多星组网的运载火箭发射任务规划模型和约束条件模型，计算每一子任务对应的最优发射方案，其中所述运载火箭发射任务规划模型包括以发射能耗最小、发射部署响应时间最短和发射点间任务分配最均衡为目标的目标函数模型，所述约束条件模型包括任务时长约束以及每一个轨道对应的发射方案数量约束。
26、可选地，所述目标函数模型表示为：
27、
28、其中，f1表示发射能耗模型，ai(i＝1,2,...,n)表示每种发射方案的发射能耗，xi(i＝1,2,...,n)为决策变量，表示是否选择该发射方案，f2表示发射部署响应时间模型，bi(i＝1,2,...,n)为每种发射方案的发射部署响应时间，f3表示发射点间任务分配均衡性模型，j、x、t分别表示在各个发射场地进行发射运载火箭的数量，为各个发射场地发射运载火箭数量的均值，n为当前子任务所有的发射方案总数，s1、s2、s3分别为发射效能、发射部署响应时间、发射点任务分配均衡性的权重。
29、可选地，所述约束条件模型表示为：
30、
31、其中，ct表示任务时长约束，ai(i＝1,2,...,n)表示每种发射方案的发射能耗，xi(i＝1,2,...,n)为第一决策变量，表示是否选择该发射方案，cg表示每一个轨道对应的发射方案数量约束，xj(j＝1,2,...,m)表示第二决策变量，n、m表示当前子任务所有的发射方案总数。
32、第二方面，本专利技术提供了一种运载火箭协同发射任务规划系统，包括：
33、分解模块，用于将给定的多星组网发射任务分解为多个子任务，其中，所述子任务的数量等于星座中轨道的数量，每个子任务包括在同一轨道的多个卫星；
34、发射场地分配模块，用于根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫星发射窗口条件和卫星发射效能的价值函数，确定每一子任务中的每一个卫星的发射场地；
35、运载火箭分配模块，用于将每一子任务中卫星发射窗口存在交集且发射场地相同的卫星的发射方式确定为一箭多星发射方式，将每一子任务中卫星发射窗口不存在交集的卫星的发射方式确定为单独发射方式，结合已经分配本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫星发射窗口条件和卫星发射效能的价值函数，确定每一子任务中的每一个卫星的发射场地，具体包括：
3.根据权利要求1所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，在执行步骤将每一子任务中卫星发射窗口存在交集且发射场地相同的卫星的发射方式确定为一箭多星发射方式，将每一子任务中卫星发射窗口不存在交集的卫星的发射方式确定为单独发射方式，结合已经分配发射场地中的运载火箭型号以及每种型号运载火箭的最大运载能力，确定每一子任务中的每一个卫星实际搭载的运载火箭型号和每种型号运载火箭搭载实际的卫星数量之前，还包括：设计每一发射场地中每种型号运载火箭的标称弹道。
4.根据权利要求3所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述设计每一发射场地中每种型号运载火箭的标称弹道，具体包括：
5.根据权利要求4所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述动力学模型表示为
6.根据权利要求1所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，在执行步骤根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫星发射窗口条件和卫星发射效能的价值函数，确定每一子任务中的每一个卫星的发射场地之前，还包括：根据每一个卫星的轨道六根数、发射场经纬度以及初始时刻计算所述卫星发射窗口。
7.根据权利要求1所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述计算每一子任务对应的最优发射方案，具体包括：
8.根据权利要求7所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述目标函数模型表示为：
9.根据权利要求7所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述约束条件模型表示为：
10.一种运载火箭协同发射任务规划系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述根据发射场地的剩余运载火箭资源条件、发射场地的卫星发射窗口条件和卫星发射效能的价值函数，确定每一子任务中的每一个卫星的发射场地，具体包括：
3.根据权利要求1所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，在执行步骤将每一子任务中卫星发射窗口存在交集且发射场地相同的卫星的发射方式确定为一箭多星发射方式，将每一子任务中卫星发射窗口不存在交集的卫星的发射方式确定为单独发射方式，结合已经分配发射场地中的运载火箭型号以及每种型号运载火箭的最大运载能力，确定每一子任务中的每一个卫星实际搭载的运载火箭型号和每种型号运载火箭搭载实际的卫星数量之前，还包括：设计每一发射场地中每种型号运载火箭的标称弹道。
4.根据权利要求3所述的运载火箭协同发射任务规划方法，其特征在于，所述设计每一发射场地中每...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳晓奎，赵浩宇，丁一波，梁纪秋，胡长伟，池贤彬，彭威，常子原，胡万林，王瑶，冯冀秦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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