西北工业大学党朝辉获国家专利权
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龙图腾网获悉西北工业大学申请的专利一种基于遗传算法的顺光抢位轨道博弈控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115390449B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-15发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211033094.3,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权一种基于遗传算法的顺光抢位轨道博弈控制方法是由党朝辉;李一峰;孙钦伯;唐生勇;李仕海;郑鹏飞;袁秋帆;徐焘设计研发完成,并于2022-08-26向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于遗传算法的顺光抢位轨道博弈控制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及空间飞行器博弈控制领域,特别是涉及考虑信息延迟和脉冲控制的最优控制算法,公开了一种基于遗传算法的顺光抢位轨道博弈控制方法,建立的顺光抢位轨道博弈的模型考虑了顺光抢位这种新的博弈形式,并且双方的信息延迟,以及双方的机动都采用脉冲机动的方式,符合真实太空场景,同时本发明提出的基于遗传算法的最优控制求解方法,能够保证系统效能的最优,本发明能够快速、高效地给出在顺光抢位轨道博弈场景下参与者的最优脉冲控制序列。
本发明授权一种基于遗传算法的顺光抢位轨道博弈控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于遗传算法的顺光抢位轨道博弈控制方法,其特征在于,包括如下步骤: 获取两个非合作目标的顺光抢位博弈参数; 所述两个非合作目标的顺光抢位博弈参数包括博弈双方的初始状态信息XPt0=[xP0,yP0,zP0,vxP0,vyP0,vzP0]和XEt0=[xE0,yE0,zE0,vxE0,vyE0,vzE0]、博弈双方的博弈机动能力、LVLH坐标系原点位置处虚拟航天器的轨道半径a、博弈双方的控制信息延迟时间ΔT和博弈双方的初始时刻光照方向在LVLH坐标系内的单位向量ρ; 所述博弈双方的初始状态信息包括双方的初始位置和速度信息;所述博弈双方的博弈机动能力包括单次脉冲的最大速度增量大小ΔvPmax,ΔvEmax; 其中,XPt0表示P方的初始状态信息,XEt0表示E方的初始状态信息,x、y、z为初始位置坐标,v为初始速度情况; 建立顺光抢位轨道博弈模型,并将两个非合作目标的顺光抢位博弈参数输入至顺光抢位轨道博弈模型内; 所述顺光抢位轨道博弈模型的建立过程如下: 以一个不机动的虚拟航天器为原点建立LVLH坐标系,LVLH坐标系结合两个非合作目标的顺光抢位博弈参数确定两个非合作目标的动力学方程; 根据两个非合作目标的动力学方程采用脉冲控制方式,确定两个非合作目标的控制方程; 根据两个非合作目标的控制方程对对方的轨迹预测得到两个非合作目标的轨道预测方程; 根据两个非合作目标的轨道预测方程得到两个非合作目标的顺光抢位博弈目标集、性能指标和控制域; 根据两个非合作目标的控制延迟时间,结合两个非合作目标的顺光抢位博弈目标集、性能指标和控制域确定两个非合作目标的顺光位置状态偏差量,完成顺光抢位轨道博弈模型的建立; 根据时间最短性能指标,在顺光抢位轨道博弈模型内设计两个非合作目标最优控制策略,并在双方最优控制策略中计算得到双方顺光抢位的转移时间和两次脉冲速度增量; 两个非合作目标最优控制策略设计过程如下: 两个非合作目标探测到对方的状态信息后进行轨道预测,预测对方在未来一段时间内的估计,并得到轨迹后进行机动,并通过最少时间到达对方的顺光位置; 其中一个非合作目标通过最少时间到达对方的顺光位置,在单回合内其转移时间和两次脉冲速度增量应满足下列方程: 其中在单回合内一个非合作目标的转移时间方程如下: 在单回合内一个非合作目标两次脉冲速度增量方程如下: 其中,tfP,tfE为双方的转移时间;[ΔvP0,ΔvP1]T,[ΔvE0,ΔvE1]T为在该转移时间下双方的两次脉冲序列; 通过遗传算法计算双方最优控制策略的脉冲序列得到双方的最优脉冲序列,完成顺光抢位轨道博弈控制; 通过遗传算法计算双方最优控制策略的脉冲序列得到双方的最优脉冲序列的步骤如下: L1、输入虚拟航天器的轨道半径a,输入两个非合作目标的初始状态XPt0,XEt0,输入两个非合作目标的控制延迟时间ΔT,输入两个非合作目标的最大速度增量约束ΔvPmax,ΔvEmax,输入初始时刻太阳在LVLH坐标下的位置; L2、根据两个非合作目标的初始状态XPt0,XEt0和初始时刻太阳在LVLH坐标下的位置确定顺光位置偏差量δX的方向,并确定顺光位置偏差量δX具体分量形式; L3、根据顺光位置偏差量δX求解第一回合中其中一个非合作目标的最短转移时间以及对应的脉冲速度增量,根据在单回合内一个非合作目标的转移时间方程约束,使用遗传算法在控制域的约束下对时间进行寻优,种群设置为tfP,适应度函数为J=|tfP|,从而得到最短转移时间tfP并记录对应脉冲增量,如果tfP>ΔT则进入L4,反之博弈结束,输出双方最优脉冲序列; L4、根据顺光位置偏差量δX求解第一回合另一个非合作目标的最短转移时间以及对应的脉冲速度增量,根据在单回合内一个非合作目标两次脉冲速度增量方程约束,使用遗传算法在控制域的约束下对时间进行寻优,种群设置为tfE,适应度函数为J=|tfE|,从而得到最短转移时间tfE并记录对应脉冲增量,如果tfE>ΔT则返回L3,反之博弈结束; L5、输出双方的最优脉冲序列,完成顺光抢位轨道博弈控制。
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