卫星编队飞行的自主控制体系结构和规划调度算法研究

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1、计算机光盘软件与应用工程技术ComputerCDSoftwareandApplications2010年第8期卫星编队飞行的自主控制体系结构和规划调度算法研究张良(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190)摘要：本文研究了隐藏主星(Hiddenleader)的卫星编队飞行的自主控制体系结构，选择遗传算法作为卫星编队的规划调度算法，进行了仿真模拟和数值实验。关键词：卫星编队飞行；体系结构；遗传算法中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1007—9599(2010)08—0094—02AutonomousControlArchitec

2、tureandPlanning&SchedulingAlgorithmforSateliteFormationFlyingZhangLiang(CenterforSpaceScienceandAppliedResearch，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Thepaperresearchedautonomouscontrolarchitectureofsatelliteformationflyingbasedonhiddenleadermethod，andalgorithmpl

3、anningandschedulingbasedongeneticalgorithm，simulationandnumericalexperimentprovidedinthispaper．Keywords：SateliteFomationFlying；Architecture；GeneticAlgorithm在各种卫星编队飞行中，对编队控制的任务各有差异，衍生责本星的状态更新、日常维护(如热控、能控)和本星所在任务出各种各样的对编队层面和单个个体层面的控制需求。另外，分组的身份登记。卫星编队飞行时各个参与的个体需要共同配合来完成飞行任务，二、基于遗传

4、算法的卫星编队飞行的规划调度算法也需要一个系统级的任务规划与调度系统。在这些需求条件下，卫星编队飞行时，完成指定的各项任务通常需要卫星间的紧设计一个合理的编队飞行控制系统结构和规划调度系统尤其重密合作，尤其是当任务发生冲突时，使用智能算法进行规划调度要。比常规的精确算法具有运算时间短和运算空间小的优势。本文一、卫星编队飞行的自主控制体系结构设计选择遗传算法进行具体设计。本文结合目前广泛采用的各种自主控制结构，设计了一种隐遗传算法是一种基于生物自然选择和自然遗传机理的搜索算藏主星(Hiddenleader)的自主控制系统结构。基本原理描述法。遗传算法的设

5、计包括编码、确定适配值函数、遗传算子的设如下：设定卫星星座在初始状态下有一颗主星(1eader)和若干计、算法参数的选取和确定算法的终止条件等。下面对关键参数颗从星(follower)，1eader和所有follower的结构基本相同，与操作的设计作简单介绍：第一，编码本文采用实数编码，对只是leader的星座级自主控制层处于激活状态而follower的星任务采用序表达式方法。例如：[4，7，6，5，9，1，2，8，座级自主控制层处于休眠状态，当leader出现故障时，1O，3]表示规划时首先考虑第4个任务，然后依次是任务follower的星座级自主控

6、制层可以通过一定的机制被激活，取7—6—5—9—1—2—8—1O一3。第二，适配值函数。文中的适配代出现故障的leader成为新的leader，称所有的follower为值函数就是目标价值总量，该价值总量是基于优先级的多个排序“hiddenleader”。基于这样的思路，将卫星编队的控制结构综合的结果。第三，算法参数。种群数目是影响算法优化性能和分解为三个层次：星座级自主控制层、单星级自主控制层和执行效率的因素之一。本文的算法中，取种群3O，交叉概率采用动与反馈层。如图1所示：态概率：Pc=Pc×(1一演化当前代数／总的演化代数)。变异概率的设计同样采

7、用动态概率：Pm=PmX(演化当前代数／总的演化代数)。第四，遗传算子。优胜劣汰是设计GA的基本思想，它应在选择、交叉、变异等遗传算子中得以体现，并考虑到对算法效率与性能的影响。第五，算法的终止条件。实际应用GA时是不允许让它无停止地发展下去的，本文设定迭代100步终止。下面给出遗传算法实验计算结果列表输入参数：Nsat；产生一个规产生一Na；Nb；Nc；Psat：划的平均耗个规划Pspa时(分)的平均最小值最大值方差价值量图I卫星编队的控制结构的三个层次Nsat=5，Na=20，Nb：20，Nc：20，O其中，星座级自主控制层由五个功能模块组成。星座

8、MCA主Psat=le一003，．31066025．751l07290821．5Pspa=le