[发明专利]基于图论和A*算法的模块化可重构卫星在轨自重构方法

说明书

基于图论和A*算法的模块化可重构卫星在轨自重构方法，本发明涉及卫星在轨自重构方法。本发明的目的是为了解决现有模块化卫星在重构的过程中燃料消耗大、机械损耗严重、重构过程时间长、可靠性低的问题。一、构建位置、连接矩阵；二、将初始构型放入OPEN表；三、对OPEN表中节点进行排序；四、找出当前构型中的连接模块；五、对当前构型中非连接模块进行拓展；六、若OPEN表中已经存在新拓展的节点这种构型则更新该节点的三个距离；若OPEN表中不存在则计算新拓展的节点的三个距离，加入OPEN表；七、判断新拓展的节点是否为目标点，若是结束；若否执行三，将当前节点放入CLOSED表。本发明用于卫星在轨自重构领域。

技术领域

本发明涉及卫星在轨自重构方法。

背景技术

随着微小卫星的不断发展，结构固定的卫星已经难以满足各国对其提出的多任务执行能力、较强的环境适应性及抗风险等要求，因此人们将目光转向具有在轨变结构的自重构卫星。模块化可重构卫星是由具有相似结构、不同功能的模块组成的一种可以在轨改变形状和结构的微小卫星，是未来卫星的一种新的发展趋势。

模块化卫星在重构的过程中，各个模块的运动次序和方式影响完成构型转换总体需要移动的步数，显然更少的步数意味着更少的燃料消耗和机械损耗。所以对模块化卫星的运动规划是模块化卫星实现自重构的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有模块化卫星在重构的过程中燃料消耗大、机械损耗严重、重构过程时间长、可靠性低的问题，而提出基于图论和A*算法的模块化可重构卫星在轨自重构方法。

基于图论和A*算法的模块化可重构卫星在轨自重构方法具体过程为：

步骤一、将模块化卫星进行数学表示，构建位置矩阵，构建连接矩阵；

步骤二、将初始构型放入OPEN表；

步骤三、对OPEN表中节点进行排序，从中挑选出F(n)值最小的节点作为当前节点进行拓展；

步骤四、找出当前构型中的连接模块；

步骤五、对当前构型中非连接模块进行拓展；

步骤六、将新拓展的节点与OPEN表中节点进行构型对比，若OPEN表中已经存在这种构型则更新该节点的三个距离G(n)、H(n)和F(n)；若OPEN表中不存在则计算新拓展的节点的三个距离G(n)、H(n)和F(n)，加入OPEN表；

步骤七、将新拓展的节点与目标构型进行构型对比，判断新拓展的节点是否为目标点，若是，结束；若否，执行步骤三，将当前节点放入CLOSED表。

本发明的有益效果为：

本专利提出一种基于图论和A*算法的方法实现模块化卫星自重构运动规划；将模块化卫星进行数学表示，构建位置矩阵，构建连接矩阵；将初始构型(起点)放入OPEN表；将OPEN表中节点进行排序，从中挑选出F(n)值最小的节点作为当前节点进行拓展；找出当前构型(当前节点)中的连接模块；对当前构型(当前节点)中非连接模块进行拓展；将新拓展的节点与OPEN表中节点进行构型对比，OPEN表中若已经存在这种构型则更新该节点的三个距离G(n)、H(n)和F(n)，若不存在则计算新拓展的节点的三个距离G(n)、H(n)和F(n)，加入OPEN表；将新拓展的节点与目标构型进行构型对比，判断新拓展的节点是否为目标点，若是，结束；若否，执行步骤三，将当前节点放入CLOSED表；使模块化卫星在重构的过程中燃料消耗小、降低机械损耗、重构过程时间短、可靠性高，解决现有模块化卫星在重构的过程中燃料消耗大、机械损耗严重、重构过程时间长、可靠性低的问题。

从图7可以看出最终的运动步数和模块数量关系可以拟合为斜率为1.7的直线，本发明给出的O(n)算法比Cynthia Sung等人给出的O(n²)算法结果要好。同时在空间中避免了重构成直线型的中间构型，可以减少中间构型的结构跨度，从而避免大幅震动。