衛(wèi)星編隊飛行的自主控制體系結(jié)構(gòu)和規(guī)劃調(diào)度算法研究

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1、計算機光盤軟件與應(yīng)用工程技術(shù)ComputerCDSoftwareandApplications2010年第8期衛(wèi)星編隊飛行的自主控制體系結(jié)構(gòu)和規(guī)劃調(diào)度算法研究張良(中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心，北京100190)摘要：本文研究了隱藏主星(Hiddenleader)的衛(wèi)星編隊飛行的自主控制體系結(jié)構(gòu)，選擇遺傳算法作為衛(wèi)星編隊的規(guī)劃調(diào)度算法，進行了仿真模擬和數(shù)值實驗。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星編隊飛行；體系結(jié)構(gòu)；遺傳算法中圖分類號：TP391．9文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007—9599(2010)08—0094—02AutonomousControlArchitec

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

3、anningandschedulingbasedongeneticalgorithm，simulationandnumericalexperimentprovidedinthispaper．Keywords：SateliteFomationFlying；Architecture；GeneticAlgorithm在各種衛(wèi)星編隊飛行中，對編隊控制的任務(wù)各有差異，衍生責(zé)本星的狀態(tài)更新、日常維護(如熱控、能控)和本星所在任務(wù)出各種各樣的對編隊層面和單個個體層面的控制需求。另外，分組的身份登記。衛(wèi)星編隊飛行時各個參與的個體需要共同配合來完成飛行任務(wù)，二、基于遺傳

4、算法的衛(wèi)星編隊飛行的規(guī)劃調(diào)度算法也需要一個系統(tǒng)級的任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度系統(tǒng)。在這些需求條件下，衛(wèi)星編隊飛行時，完成指定的各項任務(wù)通常需要衛(wèi)星間的緊設(shè)計一個合理的編隊飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃調(diào)度系統(tǒng)尤其重密合作，尤其是當(dāng)任務(wù)發(fā)生沖突時，使用智能算法進行規(guī)劃調(diào)度要。比常規(guī)的精確算法具有運算時間短和運算空間小的優(yōu)勢。本文一、衛(wèi)星編隊飛行的自主控制體系結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇遺傳算法進行具體設(shè)計。本文結(jié)合目前廣泛采用的各種自主控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種隱遺傳算法是一種基于生物自然選擇和自然遺傳機理的搜索算藏主星(Hiddenleader)的自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?；驹砻枋龇ā＿z傳算法的設(shè)

5、計包括編碼、確定適配值函數(shù)、遺傳算子的設(shè)如下：設(shè)定衛(wèi)星星座在初始狀態(tài)下有一顆主星(1eader)和若干計、算法參數(shù)的選取和確定算法的終止條件等。下面對關(guān)鍵參數(shù)顆從星(follower)，1eader和所有follower的結(jié)構(gòu)基本相同，與操作的設(shè)計作簡單介紹：第一，編碼本文采用實數(shù)編碼，對只是leader的星座級自主控制層處于激活狀態(tài)而follower的星任務(wù)采用序表達(dá)式方法。例如：[4，7，6，5，9，1，2，8，座級自主控制層處于休眠狀態(tài)，當(dāng)leader出現(xiàn)故障時，1O，3]表示規(guī)劃時首先考慮第4個任務(wù)，然后依次是任務(wù)follower的星座級自主控

6、制層可以通過一定的機制被激活，取7—6—5—9—1—2—8—1O一3。第二，適配值函數(shù)。文中的適配代出現(xiàn)故障的leader成為新的leader，稱所有的follower為值函數(shù)就是目標(biāo)價值總量，該價值總量是基于優(yōu)先級的多個排序“hiddenleader”?；谶@樣的思路，將衛(wèi)星編隊的控制結(jié)構(gòu)綜合的結(jié)果。第三，算法參數(shù)。種群數(shù)目是影響算法優(yōu)化性能和分解為三個層次：星座級自主控制層、單星級自主控制層和執(zhí)行效率的因素之一。本文的算法中，取種群3O，交叉概率采用動與反饋層。如圖1所示：態(tài)概率：Pc=Pc×(1一演化當(dāng)前代數(shù)／總的演化代數(shù))。變異概率的設(shè)計同樣采

7、用動態(tài)概率：Pm=PmX(演化當(dāng)前代數(shù)／總的演化代數(shù))。第四，遺傳算子。優(yōu)勝劣汰是設(shè)計GA的基本思想，它應(yīng)在選擇、交叉、變異等遺傳算子中得以體現(xiàn)，并考慮到對算法效率與性能的影響。第五，算法的終止條件。實際應(yīng)用GA時是不允許讓它無停止地發(fā)展下去的，本文設(shè)定迭代100步終止。下面給出遺傳算法實驗計算結(jié)果列表輸入?yún)?shù)：Nsat；產(chǎn)生一個規(guī)產(chǎn)生一Na；Nb；Nc；Psat：劃的平均耗個規(guī)劃Pspa時(分)的平均最小值最大值方差價值量圖I衛(wèi)星編隊的控制結(jié)構(gòu)的三個層次Nsat=5，Na=20，Nb：20，Nc：20，O其中，星座級自主控制層由五個功能模塊組成。星座

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