[发明专利]一种火星探测器制动捕获多目标优化方法及系统

权利要求书

1.一种火星探测器制动捕获多目标优化方法，其特征在于，包括：

获取火星探测器的状态参数，确定推力沿速度反向的捕获策略中火星探测器制动捕获阶段的动力学方程；

利用终端位置误差和燃料消耗动态加权构造目标函数，并确定火星探测器制动捕获的相关约束；

利用改进的多目标粒子群算法对所述目标函数进行求解，获得最优的制动捕获策略；

所述改进的多目标例子群算法在保证收敛性的情况下根据多样性信息选择最优的全局最优解；

所述改进的多目标粒子群算法是基于传统的多目标粒子群算法，在速度更新步骤进行了改进，增加了从个体最优到全局最优的搜索方向，为了避免加入新的搜寻方向对粒子寻优影响过大而削弱学习因子c₁和c₂的作用，更好地提升算法收敛速度和精度，融入了由两个学习因子c₁和c₂决定的速度收缩因子，使得粒子在新速度更新中既增加了方向的精细性，又保持了全局搜索能力和局部勘探能力；

定义第i个粒子x_i的速度更新公式为：

c₁、c₂、c₃为学习因子；r₁、r₂、r₃为0到1之间的随机数；w为惯性系数；p_best为个体最优，g_best为全局最优；

速度控制策略中，对粒子的速度中每一维元素越界做压缩控制：

Δ_j＝0.5×(u_j-d_j)，j＝1，2，...，m，m为目标数，u_j和d_j分别为每个粒子速度第j元素的上下界限。

2.如权利要求1所述的一种火星探测器制动捕获多目标优化方法，其特征在于，所述火星探测器的状态参数包括位置、速度和质量，其在在推力沿速度反向的捕获策略中火星探测器制动捕获阶段满足动力学方程：

其中，μ为火星的引力常数，F为发动机的推力大小，I_sp为发动机比冲，g₀为地球海平面的平均重力加速度，单位为国际单位制；当制动捕获发动机工作时，F为常值推力，当制动捕获发动机不工作时F＝0。

3.如权利要求1所述的一种火星探测器制动捕获多目标优化方法，其特征在于，所述目标函数遵循的约束条件包括探测器制动约束、探测器状态参数约束、探测器终端时刻约束；所述目标函数的优化既要满足工程约束又要在保证可靠性的前提下降低燃料消耗。

4.如权利要求1所述的一种火星探测器制动捕获多目标优化方法，其特征在于，所述多样性信息包括种群多样性信息和非支配解多样性信息：

a)、种群多样性信息

表达式为：

SP_p(t+1)是第t+1次迭代粒子群的种群多样性信息，d_pi(t+1)是在第t+1次迭代第i个粒子与其他粒子之间最小的曼哈顿距离，是所有d_pi(t+1)的平均值，n₁是粒子的个数；

b)、非支配解多样性信息

表达式为：

SP_n(t+1)是第t+1次迭代的非支配解多样性信息，d_ni(t+1)是在第t+1次迭代第i个非支配解与其他非支配解之间最小的曼哈顿距离，是所有d_ni(t+1)的平均值，n₂是非支配解的个数。