[发明专利]基于改进NSGA-II算法的航天器任务规划求解方法

权利要求书

1.基于改进NSGA-II算法的航天器任务规划求解方法，其特征在于，发明步骤为：

步骤1、采用自然数编码法随机初始化一个规模为N的种群；

步骤2、初始化种群中每个个体的初值，基于每个个体初值对种群进行非支配排序，产生非支配集；

步骤3、通过二进制锦标赛法从非支配集中选择个体，采用算术交叉算子、高斯变异遗传算子操作产生新种群；

步骤4、计算新种群中个体的优化指标，即优先级指标，时间指标，能耗指标，作为适应度函数值；

步骤5、将步骤2中的非支配集和步骤3中的新种群合并，对合并种群进行非支配排序；通过拥挤策略和目标函数值计算个体的拥挤度作为虚拟适应度值，并通过精英保留策略选出N个个体，组成新一代种群；

步骤6、判断是否达到进化代数的最大迭代次数，如果未达到则不满足终止条件，跳转至步骤3，并循环，如果达到则结束；

在步骤5中，所述适应度函数值是目标函数值，所述目标函数值是根据三个目标函数计算得到；所述三个目标函数为：

(1)任务优先级，记P_j表示被服务目标航天器的j的优先级，则每个服务航天器完成任务的优先级目标函数表述为：J₁＝max∑x_iP_j；

其中x_i为决策变量，定义如下：

式中：服务航天器i∈(1，N)，目标航天器j∈(1，M)；

(2)任务完成时间，记Δt_ij表示服务航天器i服务目标航天器j所需要的时间则服务航天器完成任务的时间表示为ΔT＝max{x_iΔt_ij}，则目标函数表示为：J₂＝minΔT；

(3)燃料消耗，只考虑轨道机动时的燃料消耗，燃料消耗用轨道机动时的速度来衡量;记Δv为执行所有任务所需要的速度增量，Δv_ij为服务航天器i服务目标航天器j所需要的速度增量，则Δv目标函数表示为J₃＝min∑x_iΔv_ij。

2.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-II算法的航天器任务规划求解方法，其特征在于：所述自然数编码法是在建立在轨服务航天器的任务规划问题的数学模型时，采用自然数编码的方式进行描述，每个个体的长度等于目标航天器的总数，个体由按目标航天器编号顺序排列的服务航天器分配编号组成，表示一种分配方案。

3.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-II算法的航天器任务规划求解方法，其特征在于，所述算术交叉算子计算公式为：

其中印分别为第t代两个个体交叉点处对应的决策变量的编码，和为交叉后的两个体的相应的决策变量值；ratio为[0，1]上均匀分布的随机数。

4.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-II算法的航天器任务规划求解方法，其特征在于，个体进行所述高斯变异算子操作后第i个决策变量的值为：

其中X_max，X_min分别为X_i变量的上下限，μ为产生的符合高斯分布的随机数。

5.根据权利要求1所述的基于改进NSGA-II算法的航天器任务规划求解方法，其特征在于：所述拥挤策略使用拥挤距离参数，拥挤距离是根据每个目标函数对种群中的所有个体按升序进行排序，第一个和最后一个个体的拥挤距离设为无穷大，第i个个体的拥挤距离则设为第i+1和第i个体的所有目标函数值之差的和。