[发明专利]一种深空探测全局发射窗口搜索方法

说明书

本发明公开了一种深空探测全局发射窗口搜索方法，包含如下步骤：S1，确定探测目标天体的序列及探测任务的时间范围；S2，设计遗传算法对搜索个体的编码方式，以采用浮点数编码方式对发射时间和到达时间进行编码；S3，设计遗传算法的适应度函数，通过星历计算和兰伯特算法，计算整个任务所需要的速度增量，以此作为适应度函数，对遗传算法过程中产生的每个个体，计算适应度函数值，判断个体的好坏；S4，设计遗传算法的遗传操作算子，选用最优保留选择、离散重组、实数变异作为遗传操作算子，进行全局优化发射窗口。

技术领域

本发明涉及地外天体探测轨道设计与优化技术，特别涉及一种深空探测全局发射窗口搜索方法。

背景技术

未来深空探测任务将一次探测巨行星、小行星等多颗目标天体。巨行星、小行星等地外天体与地球的距离极远，在星际转移过程中，探测器需要提供较大的速度增量，因此需要搜寻合适的低能量星际转移窗口，降低整个任务所需的能量。而在多目标深空探测任务中，由于探测目标天体增多，通过传统的遍历搜索方法来搜索发射窗口效率极低，而且很难实现。深空探测的目标天体与地球的距离极远，在星际转移过程中，探测器需要提供较大的速度增量，因此需要搜寻合适的低能量星际转移窗口。一次深空探测任务通常会以多种探测类型探测多个目标，提高探测效率，因此转移轨道还要针对多目标进行发射窗口的全局优化设计，减少多目标转移轨道所需的速度增量，使其满足实际工程应用的约束条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种深空探测全局发射窗口搜索方法，能以较高的搜索效率得到多目标探测全局发射窗口，避免了传统遍历法搜索效率低下的缺点；能够全局寻优，获得满足工程实现要求的，所需速度增量最小的发射窗口。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种深空探测全局发射窗口搜索方法，其特点是，该方法包含如下步骤：

S1，确定探测目标天体的序列及探测任务的时间范围；

S2，设计遗传算法对搜索个体的编码方式，以采用浮点数编码方式对发射时间和到达时间进行编码；

S3，设计遗传算法的适应度函数，通过星历计算和兰伯特算法，计算整个任务所需要的速度增量，以此作为适应度函数，对遗传算法过程中产生的每个个体，计算适应度函数值，判断个体的好坏；

S4，设计遗传算法的遗传操作算子，选用最优保留选择、离散重组、实数变异作为遗传操作算子，进行全局优化发射窗口。

进一步包含：

设计适应度函数的约束，所述的适应度函数的约束为转移轨道的总的速度增量必须小于发动机能够实现的最大速度增量。

所述的步骤S1包含：

确定探测的目标数量以及探测天体的顺序，查阅天体星历资料并获得目标天体的轨道根数；

确定探测任务的时间范围作为发射窗口的搜索范围。

所述的步骤S3包含：

随机产生一组初始种群，设定种群规模为N，每一代种群中包含N个个体，每个个体为搜索的发射窗口；

对每个个体中包含的发射窗口计算对应时间该天体的位置矢量和速度矢量；

探测N个目标天体，具有N段转移轨道，根据计算得到目标天体的位置矢量和速度矢量，通过求解兰伯特算法，分别计算每一段转移轨道所需的速度增量；

将每一段转移轨道所需的速度增量求和，得到整个探测任务所需的总的速度增量，作为遗传算法搜索所需的适应度函数。

所述的步骤S4包含：