[发明专利]一种基于遗传算法的火星导航敏感器安装布局优化方法

说明书

本发明公开一种基于遗传算法的火星导航敏感器安装布局优化方法，使在确定火星导航敏感器安装位置的过程中，利用遗传算法进行可行解全区域搜索。搜索的自变量为描述导航敏感器光轴指向的赤经和赤纬；其有益效果是，基于遗传算法的火星导航敏感器安装布局方法，使得可以在火星环绕器所有可行的安装区域内，以环火可用弧段最长为搜索目标，搜索得到火星导航敏感器最优的光轴指向，增加了火星环绕器自主导航的可用弧段，提高火星环绕器轨道计算的自主性。

技术领域

本发明涉及一种火星导航敏感器安装布局优化技术，用于火星环绕器自主导航方案设计。

背景技术

火星环绕器距离地球的最远距离约4亿公里，器地通信单程最大时延约22分钟，为了提高火星环绕器在轨运行的自主性及可靠性，需具备自主导航功能。器载计算机需要进行导航敏感器的输出采样，导航算法的执行以及导航信息的解算输出等。

目前国内航天任务的导航方式，一般均为建立简化的航天器轨道动力学模型，依靠地面测定轨上注的轨道初值，在轨进行轨道递推。对于火星探测任务来说，受轨道递推动力学模型精度及递推初值精度的限制，随着递推时间的推移，轨道计算误差会越来越大，而器地距离导致地面测定轨数据无法及时更新到器上。

此外，火星探测任务还存在日凌等特殊天文现象，此时无法建立器地上下行通信链路，器上轨道递推初值无法更新，导致火星环绕器在轨无法正常工作。需要具有自主导航功能，而导航敏感器的安装位置决定了自主导航实施的具体弧段。

随着火星探测等深空探测任务对导航自主性的要求不断提高，需要在设计阶段确定导航敏感器的安装布局位置，目前，仅根据各天体及敏感器光轴之间的几何关系，大致确定导航敏感器的光轴指向，此方法无法做到安装位置最优。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种火星导航敏感器的安装布局优化方法，采用遗传算法对可行的安装位置进行全局搜索，以敏感器可用飞行弧段最长为目标函数，增加自主导航的可用弧段，提高火星环绕器轨道计算的自主性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于遗传算法的火星导航敏感器安装布局优化方法，其包含以下过程：

A1、确定火星导航敏感器光轴可能的指向区域，并将光轴指向用火星环绕器本体坐标系下的赤经和赤纬来描述，建立以赤经和赤纬为两维自变量，优化目标为可用弧段最大的目标函数；

A2、在赤经和赤纬的可行域内随机生成第一数量的光轴指向；

A3、依次计算每种光轴指向对应的目标函数值，记录下最大的目标函数值以及其所对应的赤经与赤纬；对每种光轴指向对应的目标函数值由大到小进行排序；

A4、在当前种群，按照预先设定的代沟值进行选择操作，从当前种群排序后的光轴指向中，选取第二数量的目标函数值较大的个体；

A5、对选出的个体两两配对后进行交叉及变异操作，再引入在赤经和赤纬的可行域内随机生成的第三数量的新的个体，得到新的第一数量的光轴指向作为新的种群，使每次迭代的种群的个体数量一致；

A6、对新的种群依次进行A3-A5的操作，根据设定的次数进行迭代，将所有迭代过程中目标函数值最大的种群输出。

优选地，赤经为火星导航敏感器的光轴在Xhb/Ohb/Yhb平面的投影与+Xhb轴的夹角，从+Zhb方向看，自+Xhb逆时针为正，取值范围0～360°；

赤纬为火星导航敏感器的光轴与Zhb轴的夹角，取值范围为-90°～+90°，当光轴与+Zhb轴的夹角为锐角时，取正；当光轴与-Zhb轴的夹角为锐角时，取负。

优选地，步骤A1中，赤经的可行域取10°～270°；赤纬的可行域为正时取-60°～-30°，为负时取30°～60°，优化的目标函数为环火轨道可用弧段最大。