[发明专利]深空探测器分阶段MDO方法

权利要求书

1.一种深空探测器分阶段MDO方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对深空探测器的总体任务进行分析，将深空探测器的飞行过程划分为多个阶段；

步骤2：针对深空探测器的飞行过程中的每个阶段分别设置相应的优化目标、变量参数以及约束条件；

步骤3：根据每个阶段的优化目标以及相应的约束条件，确定不同阶段的变量参数之间的耦合关系，建立包含所有阶段的优化模型；

步骤4：采用动态规划方法，即基于贝尔曼Bellman最优性原理获得步骤3中优化模型的最优解，实现对深空探测器的全程优化控制；

所述步骤1中深空探测器的飞行过程被划分的多个阶段包括：地球逃逸阶段、日心巡航段、行星捕获阶段、轨道调整阶段以及科学任务阶段；

所述步骤2中深空探测器飞行过程的多个阶段的相应优化目标、变量参数以及约束条件如下：

地球逃逸阶段：根据选定的发射场位置和地球逃逸速度矢量设计深空探测器的发射时刻、逃逸轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角；其中，约束条件包括：深空探测器的发射场位置、运载能力及入轨精度；

日心巡航阶段通过选择合适的发射窗口、到达窗口，以实现星际飞行过程中燃料最优；

行星捕获阶段的优化目标为获得最小的捕获速度增量；约束条件包括：捕获过程对地通信无遮挡、捕获过程中无火影并且满足中分辨率相机的成像条件；

轨道调整阶段的变量参数包括：轨道调整策略、调整次数，约束条件包括：每次轨道调整所需时间、燃料；

科学任务阶段：优化目标即为对应的科学任务，约束条件包括：载荷、光照条件、测控可见性。

2.根据权利要求1所述的深空探测器分阶段MDO方法，其特征在于，所述步骤4包括：以深空探测器的最后阶段为起始、以最初阶段为终止，进行逆向递推；假设深空探测器经历n个飞行阶段，全过程优化目标为不同飞行阶段优化目标的总和，依次进行第n阶段、第n-1阶段、…、第1阶段的优化，整个优化过程如下：

系统级优化步骤，包括：令优化目标为：在满足g₀(z_sh,y)≤0、h₀(z_sh,y)＝0的条件下，使得f的值最小；

阶段级优化步骤，包括：

步骤A1：初始化i的值，令i＝n，其中n表示深空探测器总阶段数；

步骤A2：判断i的值，若i＞0时，给定的值，在满足g_i(x_i,y_i,z_i)≤0、h_i(x_i,y_i,z_i)＝0的条件下使得f_i(x_i,y_i,z_i)的值最小；若i≤0，则结束流程；

步骤A3：令i自减1，返回执行步骤A2；

式中：z_sh为在整个系统范围内起作用的系统级设计变量；y为耦合变量，反映了不同阶段之间的耦合关系；f为系统整体优化目标，由不同阶段优化目标组合而成；g₀(z_sh,y)、h₀(z_sh,y)分别为系统级不等式约束条件和等式约束条件；f_i为第i阶段的优化目标；x_i、y_i、z_i分别为第i阶段的状态变量、耦合变量、设计变量；g_i(x_i,y_i,z_i)、h_i(x_i,y_i,z_i)分别为第i阶段的不等式约束条件和等式约束条件。