[发明专利]基于PIO的圆轨道航天器编队重构型防碰撞路径规划方法

权利要求书

1.基于PIO的圆轨道航天器编队重构型防碰撞路径规划方法，其特征在于，离散化编队动力学C-W方程计算编队重构型的燃料消耗指标，在根据航天器相对位置矢量及相对速度矢量构建的相遇平面坐标系下计算编队的碰撞概率以构造防碰撞指标，利用外罚函数法结合燃料消耗指标和防碰撞指标构造适应度函数，初始化以编队中各航天器飞行路径为个体的鸽群后，迭代地磁导航算子更新个体的位置和速度，迭代根据所述适应度函数确定种群平均中心点位置的地标导航算子更新全局最优个体和局部最优个体；

其中，在根据航天器相对位置矢量及相对速度矢量构建的相遇平面坐标系下计算编队的碰撞概率以构造防碰撞指标的方法为：

构建相遇平面坐标系：以一个航天器为参考点O，以两航天器最小相对位置矢量的指向方向为x_e轴，以两航天器相对速度矢量的指向为y_e轴，z_e轴垂直于x_eOy_e平面，相遇平面坐标系三个坐标轴的单位矢量o、p、q分别为：q＝o×p，ρ(t_TCA)为两航天器相对距离最近时刻t_TCA的相对位置矢量，v_r为两航天器的相对速度矢量,ρ₀为两航天器初始时刻的相对距离，

根据相遇平面坐标系上的联合协方差矩阵计算误差椭圆的长轴与x_e轴的夹角θ，v₁(y_e)、v₁(x_e)表示相遇平面上位置协方差矩阵最大特征值所对应特征向量在y_e轴、x_e轴上的投影，

根据简化的无穷级数方法计算两航天器的碰撞概率，

v、u表示根据两航天器相对距离最近时刻的相对位置矢量在误差椭圆长短轴上投影计算的参数，σ_x,σ_y为航天器在C-W坐标系x轴,y轴方向上位置误差的标准差，R为两航天器的联合球体半径，f、Γ为无穷级数参数，

离散化飞行路径计算航天器编队总的碰撞概率P(X)，P_ihk(X)表示第i个航天器与第h个航天器在各自飞行路径上第k个点处的碰撞概率，n为离散航天器飞行路径X后得到的离散点个数，I为航天器编队中共有的航天器数目，

防碰撞指标为Q(X)，P_max为两航天器避免碰撞所允许的最大碰撞概率。

2.根据权利要求1所述基于PIO的圆轨道航天器编队重构型防碰撞路径规划方法，其特征在于，所述燃料消耗指标为J(X)，为第i个航天器在第k个点处相对速度的改变量，为第i个航天器在第k个点处的初状态相对速度、末状态相对速度，为第i个航天器飞行路径在第k-1个点、第k个点、第k+1个点处相对C-W坐标系原点的位置，表示第i个航天器飞行路径在第k-1个点处的末状态相对速度，为航天器当前相对速度对下一时刻相对位置作用部分系数矩阵的逆矩阵，Φ_rr(T)为航天器当前相对位置对下一时刻相对位置作用部分的系数矩阵，Φ_vr(T)为航天器当前相对位置对下一时刻相对速度作用部分的系数矩阵，Φ_vv(T)为航天器当前相对速度对下一时刻相对速度作用部分的系数矩阵。

3.根据权利要求2所述基于PIO的圆轨道航天器编队重构型防碰撞路径规划方法，其特征在于，所构造的适应度函数为：fitness(X)＝J(X)+σQ(X)，σ为惩罚因子系数。

4.根据权利要求1所述基于PIO的圆轨道航天器编队重构型防碰撞路径规划方法，其特征在于，所述地磁导航算子为以地磁迭代次数与地磁因子系数之积为指数的指数函数，地磁因子系数R为：R_max、R_min为地磁因子系数的最大值和最小值，N为地磁导航阶段的迭代次数，N_max为地磁导航阶段的最大迭代次数，α为控制地磁因子变化速度的参数。