【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及航空航天，具體涉及一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
1、兩非合作航天器間的追逃問題是空間博弈的基礎(chǔ)問題。與空間碎片交會問題不同，非合作目標具備機動能力，且機動策略無法預(yù)知。若實際任務(wù)中需要一方航天器完成對另一方航天器的接近任務(wù)，則此場景構(gòu)成一類不完全信息軌道追擊問題。不完全信息軌道追擊問題中的追逃雙方獲取信息有限，彼此間無法達成一致的代價函數(shù)，基于傳統(tǒng)零和博弈假設(shè)的最優(yōu)追逃控制方法無法保證結(jié)果最優(yōu)性。因此，如何根據(jù)已有信息猜測非合作目標機動策略，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計有效的追擊策略對于提高軌道追擊任務(wù)的成功率至關(guān)重要。
2、不完全信息條件下的非合作目標追逃問題具有對手策略未知、建模描述困難等難點?，F(xiàn)有基于微分對策研究設(shè)計追逃雙方的控制的方法，能夠確保在雙方具有統(tǒng)一的代價函數(shù)模型前提下獲得各自的最優(yōu)控制，但是這種方法無法保證在雙方對代價函數(shù)建模不一致的情況下仍能獲得己方最優(yōu)控制，特別是針對實際空間追逃博弈問題，無法獲得非合作目標的具體控制策略。因此，已有研究不利于實際追逃博弈過程中的應(yīng)用。
3、微分對策追逃博弈理論最早見于文獻isaacs,?r.?differential?games:?amathematical?theory?with?applications?to?warfare?and?pursuit,?control?andoptimization,?2nd?ed.;courier?corporation:?new?york,?ny?,?usa,?1999;?pp.?
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為此，本專利技術(shù)提供一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，與傳統(tǒng)方法相比，引入卡爾曼濾波方法實現(xiàn)對非合作目標航天器的逃逸策略估計，同時設(shè)計基于參數(shù)優(yōu)化的追擊策略，采用單時間域末端指標評判當前時間域內(nèi)追擊策略優(yōu)劣，減少人工策略參數(shù)選取影響，具有較強適用性。在非合作目標策略估計過程中，建立了一個新的擴展系統(tǒng)狀態(tài)，該狀態(tài)包含表征目標逃逸策略的參數(shù)，實現(xiàn)了非合作目標策略的快速估計。在追擊航天器策略設(shè)計過程中，通過建立參數(shù)優(yōu)化的方式控制方法來設(shè)計追擊策略，綜合考慮燃料和末端任務(wù)要求，實現(xiàn)對非合作目標的快速抵近。以解決
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，包含以下步驟：
3、步驟s1、以非合作目標航天器初始時刻位置為軌道追逃場景原點，設(shè)置相對坐標系，在此相對系中描述追擊航天器及目標航天器狀態(tài)；
4、步驟s2、設(shè)定非合作目標航天器控制權(quán)重系數(shù)以表征目標航天器逃逸策略；
5、步驟s3、以目標航天器與追擊航天器的狀態(tài)為觀測量，帶有目標控制權(quán)重系數(shù)的增廣矢量為狀態(tài)量，使用卡爾曼濾波器，通過觀測量濾波更新得到非合作目標逃逸策略；
6、步驟s4、以當前時刻濾波得到的非合作目標逃逸策略為基準，假定下一段時間域內(nèi)目標航天器逃逸策略不變，得到目標航天器下一段時間域內(nèi)的控制輸出；
7、步驟s5、優(yōu)化追擊航天器的策略參數(shù)，使得到達下一時間域末端的設(shè)定性能指標最大化，指標收斂后輸出追擊策略參數(shù)，并得到下一時間域內(nèi)的最優(yōu)控制；
8、重復(fù)步驟s3-步驟s5直至任務(wù)結(jié)束。
9、優(yōu)選的，所述的步驟s1包含以下步驟：
10、s1.1、以初始時刻目標航天器位置作為虛擬參考中心點，此參考中心受地球引力作用繞地球作軌道運動，以該虛擬參考中心點位置矢量的反方向為x軸，z軸方向單位矢量垂直于虛擬參考中心點運行的軌道平面，y軸由右手定則給出；
11、s1.2、由于在追擊過程中，追擊航天器、目標航天器與虛擬參考中心點的距離遠大于虛擬參考中心點的地心距離，根據(jù)clohessy-wiltshire方程，將兩航天器在上述參考系運動方程表達為：
12、；
13、其中，為系統(tǒng)矩陣,表示系統(tǒng)狀態(tài)向量各分量間的作用關(guān)系，為輸入矩陣，表示控制輸入與系統(tǒng)狀態(tài)向量的關(guān)系；表示追擊航天器/目標航天器的狀態(tài)向量，為航天器與虛擬參考中心點的位置與速度差值，其中為位置差值分量，為速度差值分量，表示追擊航天器/目標航天器的控制矢量，；t表示時間，作為下標取和時分別表示追擊航天器與目標航天器；和取值與描述時刻虛擬中心點軌道狀態(tài)有關(guān)，其計算方法如下：
14、；
15、其中，為描述時刻虛擬參考中心點的軌道真近點角，為描述時刻虛擬參考中心點的地心距離，為中心天體引力常數(shù)，若虛擬參考中心點取為圓軌道，則不隨時間變化，為定值。
16、優(yōu)選的，所述的步驟s2包含以下步驟：
17、s2.1、定義追逃問題雙方優(yōu)化目標狀態(tài)表示為兩航天器間的差值：；
18、s2.2、設(shè)定非合作目標逃逸最優(yōu)控制支付函數(shù)為：
19、；
20、其中，為表征目標航天器逃逸策略的控制權(quán)重系數(shù)，均為對角矩陣，t是轉(zhuǎn)置；
21、s2.3、根據(jù)最優(yōu)控制原理，求得該最優(yōu)控制支付函數(shù)下目標航天器的最優(yōu)逃逸控制與目標狀態(tài)之間關(guān)系：
22、；
23、其中，為黎卡提矩陣，根據(jù)黎卡提方程求出。
24、優(yōu)選的，所述的步驟s3包含以下步驟：
25、s3.1、將目標航天器的策略參數(shù)表征為濾波系統(tǒng)的狀態(tài)量，其具體描述形式如下：
26、；
27、其中，，與目標航天器逃逸策略相關(guān)，其與關(guān)系為：
28、；
29、其中，為單位矩陣，矩陣行列數(shù)如下標所示；
30、s3.2、將兩航天器間狀態(tài)的差值視為觀測量，建立觀測量與增廣狀態(tài)矢量之間的關(guān)系：
31、；
32、其中，表示由確定的觀測量與增廣量關(guān)系，為過程噪聲，為系統(tǒng)噪聲，下標為矩陣行列數(shù)；
33、s3.3、使用卡爾曼濾波方法，設(shè)定初始參數(shù)猜測值，進行濾波參數(shù)估計；
34、s3.4、濾波過程中首先根據(jù)觀測量解算出上一時刻，再代入式中計算得到單步的。
35、優(yōu)選的，所述的步驟s4包含以下步驟：
36、s4.1、根據(jù)濾波得到的策略參數(shù)，假定下一個時間域內(nèi)目標航天器逃逸參數(shù)不發(fā)生變化，預(yù)測一個時間域內(nèi)的目標航天器運動情況，其具體計算方法如下：
37、；
38、其中，為時間域內(nèi)目標航天器狀態(tài)量的導(dǎo)數(shù)。
39、優(yōu)選的，所述的步驟s5包含以下步驟：
40、s5.1、根據(jù)目標航天器預(yù)測運動情況，積分求得下個時間域內(nèi)目標航天器的軌跡；
41、s5.2、設(shè)定追擊航天器最優(yōu)控制支付函數(shù)為：
42、；
【技術(shù)保護點】
1.一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：包含以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟S1包含以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟S2包含以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟S3包含以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟S4包含以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟S5包含以下步驟：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：包含以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟s1包含以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不完全信息下軌道追擊策略參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：所述的步驟s2包含以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉鵬軒，楊彬，李爽，潘曉，趙曉峰，陳楊，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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