[发明专利]一种基于蜂群飞行器的空间集群作战方法及系统

说明书

本申请公开了一种基于蜂群飞行器的空间集群作战方法及系统，该方法包括：构建空间集群运动模型，空间集群运动模型包括母舰运动模型以及空间集群相对运动模型；根据空间集群运动模型确定空间集群的当前状态和目标状态，根据当前状态和目标状态构建空间集群所对应的整体态势评估函数；根据整体态势评估函数对当前环境信息和态势信息进行评估得到当前集群作战环境的态势评估结果；获取当前目标星参数和母舰状态，根据目标星参数、母舰状态以及态势评估结果确定空间集群所对应的作战行为集和决策方法集，以及根据作战行为集和决策方法集控制空间集群对目标星进行打击。本申请解决了现有技术中集群作战方式无法满足空间集群作战的需求的技术问题。

技术领域

本申请涉及空间飞行器控制技术领域，尤其涉及一种基于蜂群飞行器的空间集群作战方法及系统。

背景技术

群体行为是自然界中常见的现象，典型的例子如编队迁徙的鸟群、结队巡游的鱼群、协同工作的蚁群、聚集而生的细菌群落等等。这些现象的共同特征是一定数量的自主个体通过相互合作和自组织，在集体层面上呈现出有序的协同运动和行为。对于复杂的空天任务，传统的航天器星座、编队等构型已无法满足对于自主任务、分布协同和系统进化的需求，因此模仿自然界中的群体行为演化出一种新的作战模式集群作战，集群作战可利用蜂群飞行器的集群行为增强空间集群感知、智能决策、协同攻防等能力，从而使集群作战模式发挥更大效能。

空间蜂群作战通过从底向上、总分总的系统，发挥分布式特点，实现对空间的特定目标的打击。集群主要由两部分组成，分别是作为空中基地的“母舰”和其上携带的大规模数量的微纳空间集群。“母舰”可以为其他作战单元提供补给、保障、支援与承载等功能，并进行各类情报、侦察与监视。母舰部署在近地轨道上，具备较强的变轨能力，装有足够的物资，足够数量的小卫星并可自主工作较长时间。还配备有进攻和防御系统，以确保自身以及护航和辅助卫星的自卫能力。微纳空间集群由“母舰”在目标附近释放，进行打击任务。微纳空间集群目标星的模式又多种，例如，打击模式包括：激光打击、动能打击和寄生打击。激光打击利用打击星上激光束的能量，在瞬间杀伤目标或使其丧失作战效能；动能打击以打击星自身作为武器，以其整体或爆炸的碎片直接碰撞毁伤目标；寄生打击通过打击星靠近目标附近之后利用自身携带的仿生吸附武器来捕获目标星。

进一步，不同于传统编队飞行，蜂群集群飞行不再具有成员间明显的隶属关系，而是关注整体分布。因此，空间蜂群作战可以实现多点分时的多重覆盖；针对敌方毁伤，可最大限度地实现饱和攻击、干扰和对抗。空间蜂群作战具有以下特点：1)体积小、质量轻；2)数量多、规模大；3)种类多、样式全；4)是成本低，生产快。随着卫星功能密度的不断提高，以集群为特征的微纳卫星建造成本不断减低，而且集群的网络化组织方式将极大地扩展传统卫星的探测区间或攻击范围。

目前，传统的集群作战多以航空领域无人机作战为主，通常以个体为单位，通过控制集群中的单个卫星完成集群任务，实际上仅达到个体数量的累积，并没有将集群视为一个整体，实现通信、感知、控制一体化设计。此外，空间集群作战不同于无人机，需要遵守轨道运动学规律，施加其上的控制力有限，需要通过集群自主协同控制，实现整体轨道迁移。因此，现有的集群作战方式无法满足空间集群作战的需求。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中集群作战的控制方式无法满足空间集群作战的需求，本申请提供了一种基于蜂群飞行器的空间集群作战方法及系统，本申请实施例所提供的方案中，一方面通过模仿自然界蜂群现象，利用空间蜂群飞行器的集群行为增强空间战场感知、智能决策、协同攻防等能力，具有良好的自适应性和强大的自同步性，达到整体效能的最优；另一方面针对空间战场的特点，基于感知的环境信息进行态势评估，根据量化的态势评估函数值，给出蜂群作战的关键过程，对于敌方航天器类型选取不同蜂群类型及数量等策略，能够支持复杂空间战场环境，降低风险；又一方面将打击过程分为母舰转移与集群打击两部分，有效提高集群作战整体攻击效率，进而使得集群作战方式满足空间集群作战的需求。

第一方面，本申请实施例提供一种基于蜂群飞行器的空间集群作战方法，该方法包括：