[发明专利]含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列搜索方法与系统

说明书

含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列搜索方法与系统，给定飞越序列中目标和施加脉冲的数目，同时给定一种脉冲和目标的排列方式；设计单脉冲双星和两脉冲三星目标搜索策略；建立单脉冲双星和两脉冲三星飞越轨迹规划模型，并设计相应的多星飞越轨迹规划方法；根据第一个飞越片段的种类选择相应的目标搜索策略，找出潜在的目标组合，并获得飞越片段；重复根据下一个飞越片段的种类选择相应的目标搜索策略，找出潜在的目标组合，并获得飞越片段这一过程，直到搜索完所有飞越片段。该方法能从海量候选目标中找出满足多星飞越条件的目标组合，规划出相应的脉冲飞越轨迹，获得含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列。

技术领域

本发明属于航天器飞行任务规划领域，尤其涉及一种多脉冲多星飞越序列搜索方法与系统。

背景技术

多星飞越序列规划是多目标访问任务规划中一类典型的问题。包括多卫星抵近侦察任务和多小行星飞越观测任务等都可以考虑为多星飞越序列规划问题。

在传统的多脉冲多星飞越序列规划问题中，可施加的脉冲数通常大于访问目标的个数。完成前一个目标的飞越后至少可以施加一次脉冲用以瞄准下一个目标。这类问题的数学特性与多星交会序列规划问题类似，求解难点主要在于访问次序的优化。但当机动次数受限，可施加的脉冲数小于访问目标的个数时，飞越序列中会出现两个相邻访问目标之间没有脉冲，也即一个脉冲需要同时瞄准两个甚至更多目标的情况。这种情况下，求解难点不再是访问次序的优化，而是如何从大规模候选目标中搜索出满足单脉冲多星飞越条件的目标组合，进而获得含“一石多鸟”飞越片段的飞越序列。其中，飞越片段定义为航天器从当前目标出发，通过一至两个脉冲飞越一个或同时飞越多个目标所形成的飞行轨迹。

含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列搜索需要首先解决多星飞越轨迹规划问题。传统的脉冲飞越轨迹规划方法往往是先求出一个脉冲交会解，然后将交会终端的脉冲释放获得相应的飞越解。该方法只能用于单个目标的飞越轨迹规划，无法通过一个脉冲实现对多个目标的同时飞越。此外，目前还没有有效的方法可以快速找出满足多星飞越条件的目标组合。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列搜索方法与系统。该方法能够较快地从海量候选目标中找出满足多星飞越条件的目标组合，规划出相应的脉冲飞越轨迹，进而获得含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列。该方法可为面向大规模目标的多星飞越序列搜索提供有效技术支撑。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

含“一石多鸟”飞越片段的多星飞越序列搜索方法，包括以下步骤：

S1：给定本次搜索的多星飞越序列中访问目标和施加脉冲的数目；

S2：根据目标和脉冲的数目给定脉冲和目标的排列方式，由目标的排列方式确定多星飞越序列，包括多星飞越序列中飞越片段的数量、各飞越片段的种类和排列顺序；

S3：以航天器出发目标的位置和速度作为当前初始状态，根据多星飞越序列中的第一个飞越片段的种类选择相应的飞越目标搜索策略，找出潜在的目标组合，并采用相应的多星飞越轨迹规划方法获得满足约束的飞越片段；

S4：以航天器飞越上一个飞越片段中最后一个目标的位置和速度为当前初始状态，根据S2中确定的多星飞越序列中的下一个飞越片段的种类选择相应的飞越目标搜索策略，找出潜在的目标组合，并采用相应的多星飞越轨迹规划方法获得满足约束的飞越片段；

S5：不断重复S4直到获得一条完整的多星飞越序列。

作为本发明的优选方案，本发明S1中，目标的数目大于脉冲数目但不大于脉冲数目的两倍。

作为本发明的优选方案，本发明S2中，给定的脉冲和目标的排列方式需满足以下两个约束条件：1）任意两个相邻脉冲之间的目标个数不超过3；2）若存在3个连续的目标，则飞越3个连续目标之前至少要安排两个连续的脉冲。