详情

原文传递不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法

专利名称：	不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法
摘要：	一种不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，属于航天器博弈控制领域。本发明针对航天器追逃过程中，由于目标信息不完全导致博弈拦截策略偏离实际态势，无法实现快速拦截的问题。包括获得拦截星与目标星的相对动力学方程展开式；再确定拦截星与目标星在最优控制策略下的博弈指标函数；设定对称正定矩阵P，建立拦截星与目标星满足纳什均衡的鞍点策略对；采用Epsilon纳什均衡对描述鞍点策略对，再通过行为学习算法估计得到目标星控制矩阵估计值；基于目标星控制矩阵估计值，由对称正定矩阵P的约束条件确定对称正定矩阵P，再计算得到估计后的拦截星博弈控制策略，采用所述推力博弈策略对目标星进行拦截控制。本发明用于对目标星进行拦截。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	叶东;汤旭;肖岩;贾振;杨佳豪;李化义;孙兆伟
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-23T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-10T00:00:00+0800
申请号：	CN202311066870.4
公开号：	CN117022676A
代理机构：	哈尔滨市松花江联合专利商标代理有限公司
代理人：	张利明
分类号：	B64G1/24;B;B64;B64G;B64G1;B64G1/24
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.一种不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于包括，步骤一：建立参考卫星，在以参考卫星为原点的轨道坐标系下，建立拦截星相对参考卫星的动力学方程，并简化为CW方程；再将CW方程转化为状态空间方程，并展开得到拦截星与目标星的相对动力学方程展开式；步骤二：基于拦截星与目标星的相对动力学方程展开式确定拦截星与目标星在最优控制策略下的博弈指标函数；步骤三：设定对称正定矩阵P，结合博弈指标函数的最优控制策略建立拦截星与目标星满足纳什均衡的鞍点策略对；并确定对称正定矩阵P的约束条件；步骤四：采用Epsilon纳什均衡对描述鞍点策略对，再通过行为学习算法估计得到目标星控制矩阵估计值；步骤五：基于目标星控制矩阵估计值，由对称正定矩阵P的约束条件确定对称正定矩阵P，再基于对称正定矩阵P得到拦截星的推力博弈策略，采用所述推力博弈策略对目标星进行拦截控制。 2.根据权利要求1所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤一中，以参考卫星为原点O1，地心矢径方向为x轴，轨道角动量方向为z轴，y轴满足右手定则，定义轨道坐标系O1xyz。 3.根据权利要求2所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤一中，CW方程为：式中x1为拦截星相对参考卫星的x轴坐标，y1为拦截星相对参考卫星的y轴坐标，z1为拦截星相对参考卫星的z轴坐标；ω为参考卫星的轨道角速度；为拦截星的x轴推力，/>为拦截星的y轴推力，/>为拦截星的z轴推力。 4.根据权利要求3所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤一中，将CW方程转化为状态空间方程：式中X为拦截星状态变量：U为控制推力： A、B为中间变量：将状态空间方程展开得到拦截星与目标星的相对动力学方程展开式；式中XPE为拦截星与目标星的相对状态，UP为拦截星的推力博弈策略，UE为目标星的推力拦截策略，C为中间变量，C＝B。 5.根据权利要求4所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤二中，最优控制策略为：在博弈过程中，使拦截星趋于以最小代价快速实现对目标星的拦截，使目标星趋于以最小代价尽量增大与拦截星间的距离；定义博弈指标函数J为：式中tf为终端时刻，S为中间变量，为对称正定矩阵；t0为起始时刻，Q为对称半正定矩阵，RP为拦截星控制矩阵，RE为目标星控制矩阵，t为时间。 6.根据权利要求5所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤三中，拦截星与目标星满足纳什均衡的鞍点策略对为：其中对称正定矩阵P满足终值条件P(tf)＝S，推力幅值限制为：\|\|UP\|\|≤ρP，\|\|UE\|\|≤ρE，其中ρP为拦截星推力幅值最大值，ρE为目标星推力幅值最大值；同时对称正定矩阵P满足黎卡提微分方程： 7.根据权利要求6所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤四中，目标星控制矩阵估计值的获得方法为：假设目标星控制矩阵RE在当前周期的拦截中保持不变；定义扩展状态变量Y＝[XPE rE]T，式中rE为目标星控制矩阵信息值，得到：式中f(Y)为中间函数，Z为量测状态变量，I6为6阶单位矩阵；对上式离散化得到k时刻扩展状态变量偏差值ΔYk和k时刻量测状态变量偏差值ΔZk：式中Φ(k,k-1)为k时刻状态转移矩阵，且Φ(k,k-1)≈I+FnT，式中Fn为雅克比矩阵，T为采样时间； Wk-1为k-1时刻过程噪声，Hk为k时刻量测矩阵，Vk为k时刻量测噪声；同时满足以下条件：式中Wk为k时刻过程噪声，带有下角标j的变量表示j时刻对应变量，Qk为k时刻系统噪声序列的方差阵，为半正定阵；Rk为k时刻量测噪声序列的方差阵，δkj为Kronecker符号；采用广义卡尔曼滤波进行状态估计，得到k时刻扩展状态变量偏差预测值及k时刻扩展状态变量误差协方差矩阵预测值Pk,k-1：式中为k时刻扩展状态变量偏差估计值，Kk为k时刻的滤波增益矩阵， Pk为k时刻扩展状态变量误差协方差矩阵估计值，I为单位矩阵；再基于和Pk,k-1确定拦截星与目标星的相对状态估计值，并计算得到目标星控制矩阵信息值rE的估计值/>进而得到目标星控制矩阵估计值/>再计算获得拦截星的推力博弈策略Up。 8.根据权利要求7所述的不完全信息下的航天器微分博弈拦截控制方法，其特征在于，步骤五中，将目标星控制矩阵估计值作为目标星控制矩阵RE，采用所述黎卡提微分方程计算对称正定矩阵P：再基于对称正定矩阵P计算得到拦截星的推力博弈策略：
所属类别：	发明专利