CN116090270B 一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法 （哈尔滨工业大学）

一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及本发明公开了一种航天器轨道威胁自主规胁自主规避系统逻辑架构；基于着色Petri网对着色Petri网子模型；建立整个系统逻辑架构的间着色Petri网，基于分层时间着色Petri网对航天器轨道威胁自主规避；本发明的优点在2步骤五：对分层着色Petri网中的变迁赋予时2.根据权利要求1所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征感知模型用于对航天器自身状态和环境场景的测量，威胁执行模块用于通过姿轨动作控制器执行动作序列，控制航3.根据权利要求2所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征使用光学相机、红外相机、微波雷达、激光点云四种传感4.根据权利要求3所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征结合威胁类别与威胁等级、远距离异动行为信息、威胁航天器应对威胁目标应采取的具体规避行为进行推理决策，其中规避行为包括轨道机动、列。5.根据权利要求4所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征3通过控制器控制星上执行机构执行预定的最优动作序列，使航量得到的航天器自身参数数据分别反馈给感知模块的威胁等级推理部分和决策模块的动6.根据权利要求2所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征7.根据权利要求6所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征轨道威胁自主规避系统逻辑架构中感知、决策、执行模块中涉及的诸多智能行为；Fe(PXT)w(TXP)是Petri网输入输出有向弧的集合，包括从库所p到变迁t输入弧上的输入映射函数以及从变迁t到库所p输出弧上的输出映射函数，F映射轨道威胁自主规避8.根据权利要求6所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征搭建由感知模块的着色Petri网子模型、决策模块的着色Petri着色Petri网子模型以及子模型之间的接口库所构成的航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架构顶层闭环模型，并通过各着色Petri网子模型之间的端口连接构建航天器轨道威胁自9.根据权利要求8所述的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法，其特征采用着色Petri网建模工具CPNTools对航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架构的分对航天器轨道威胁自主规避过程中各环节可能延时估计得到各变迁的延时最小值和45何利用Petri网的优势对航天器轨道威胁自主规避架构进行建模，从而对航天器轨道威胁[0005]本发明所要解决的技术问题在于如何利用Petri网对航天器轨道威胁自主规避架6[0010]步骤四：对航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架构的分层一着色Petri网进行建7器测量得到的航天器自身参数数据分别反馈给感知模块的威胁等级推理部分和决策模块主规避系统逻辑架构中的多种类型变量信息和系统状态；T为Petri网中所有变迁的集合，映射轨道威胁自主规避系统逻辑架构中感知、决策、执行模块中涉及的诸多智能行为；Fe(PXT)v(TXP)是Petri网输入输出有向弧的集合，包括从库所p到变迁t输入弧上的输入映射函数以及从变迁t到库所p输出弧上的输出映射函数，F映射轨道威胁自主规避块的着色Petri网子模型以及子模型之间的接口库所构成的航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架构顶层闭环模型，并通过各着色Petri网子模型之间的端口连接构建航天器轨道威[0032]采用着色Petri网建模工具CPNTools对航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架构的[0034]对航天器轨道威胁自主规避过程中各环节可能延时估计得到各变迁的延时最小8[0036]图1为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0037]图2为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0038]图3为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0039]图4为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0040]图5为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0041]图6为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0042]图7为本发明实施例所公开的一种航天器轨道威胁自主规避架构设计及分析方法[0044]Petri网是一种可对复杂系统的并发性、冲突性与资源共享性等重要行为属性进颜色加以区分，可实现对庞大的网系统进行折叠以简化模型结构；时间Petri网在基本9[0048]继续参阅图2，感知模块是对航天器自身状态和环境场景的测量、威胁特征的识机构进行具体的变姿变轨动作，并将航天器的部分参数数据反馈给感知模块和决策模块。主规避系统逻辑架构中的多种类型变量信息和系统状态；T为Petri网中所有变迁的集合，Fe(PXT)v(TXP)是Petri网输入输出有向弧的集合，包括从库所p到变迁t输入弧上的输入映射函数以及从变迁t到库所p输出弧上的输出映射函数，F映射轨道威胁自主规避对Petri网子模型进行刻画确定了符号标准在分别得到多层图像信息和异动行为信息后，首先对多层图像信息库所P5在变迁T2下进行离异动行为信息库所P6在变迁T3下进行异动行为特征提取得到威胁目标和载荷的异动行为执行模块反馈的航天器自身轨道参数数据库所P16执行T5对威胁目标的威胁等级进行推理，得到感知模块的主要输出即威胁类别与威胁等级联合库所P11；通过设置优先级库所priority使得威胁等级推理变迁T5在感知信息存储变迁T4之前发生，最后将上述形态特征与异动行为特征识别结果通过变迁T4存储于库所P9中，作为威胁目标的历史行为参与下一[0063]决策模块首先在异动行为信息缓存副本库所P19下执行变迁T7对威胁目标的未来的规避行为库所P12以及执行模块反馈的航天器自身轨道参数数据库所P16执行变迁T8通过控制器控制航天器上的执行机构执行动作序列指令，完成航天器的变姿变轨等规避行为，且该规避的执行结果将影响航天器在轨运行状态库所P15，其中P15共有正常运行与规避中行为特征识别结果缓存副本库所P18以及威胁类别与威胁等级联合库所P11；以上三个接口轨运行自身参数数据库所P16，库所P16将作为反馈环节分别参与上述感知模块中的威胁等[0068]同时通过各子模型之间的端口连接构建了航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架[0071]S4：使用着色Petri网建模工具CPNTools对航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架[0072]本发明采用着色Petri网建模工具CPNTools对航天器轨道威胁自主规避系统逻辑架构的分层着色Petri网模型进行建模与[0073]CPNTools仿真工具支持对着色Petri网模型的编辑和模拟分析，可实现对着色[0075]colsetSingle＝withsingle_A|single_B|single_C|single_D；//声明四种传[0083]colsetbehaviour＝productvelocity*distance*azimuth；//构造异动行为信[0084]colsetinformation＝unioni[0085]colsettarget_type＝withspacecraft|spacedebris|driftlessness；//声明[0087]colsetload_type＝withmechanical_arm|camera|antennae|no_load；//声明种[0089]colsetm_c＝producttarget_type*load_type；//构造威胁目标类型与载荷类[0090]colsettarget_behaviour＝withfollow_fly|around_fly|with_fly|Prey_fly[0092]colsetload_beaviour＝withstick_out|in_focus|strike|load_no_[0108]colsett_l＝productthreat_type*INT；//构造威胁类型与威胁等级的积颜色集[0109]colsetavoidance_behavior[0112]colsetStatus＝boolwith(evading,normal)；//声明航天器在轨运行状态的采用单步运行的方式时，Petri网模型严格按照预设的变迁守卫函数和输入输出弧上的弧用CPNTools中自动运行的仿真方式，仿真的结果显示模型可以多次对威胁目标进行感知，感知信息存储变迁T4将形态特征与异动行为特征信息添加至历史行为库所P9中，库所P9中[0118]航天器轨道威胁自主规避任务要求航天器需要在尽可能短的时间内完成为对威过对航天器轨道威胁自主规避过程中各环节可能延时估计得到各变迁的延时最小值和最[0122]在CPNTools仿真工具中通过在颜色集后添加timed后缀将S4中涉及的颜色集设置Monitors中