Enfoque Distribuido de Optimización de Trayectorias de Múltiples Naves Espaciales Impulsivas Basado en Negociación de Juegos Cooperativos
Autores: Fan, Shuhui; Zhang, Xiang; Liao, Wenhe
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Enfoque Distribuido de Optimización de Trayectorias de Múltiples Naves Espaciales Impulsivas Basado en Negociación de Juegos Cooperativos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Juego cooperativo
Estrategia de negociación
Enfoque distribuido impulsivo para misiones de múltiples naves espaciales
Planificación de trayectorias
Modelo de optimización multiobjetivo
Equilibrio de Nash
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Se propone una estrategia de negociación de juegos cooperativos considerando múltiples restricciones para misiones de aproximación distribuidas de múltiples naves espaciales en presencia de naves espaciales defensoras. Es un método de toma de decisiones en dos etapas que incluye planificación de trayectorias fuera de línea y negociación distribuida en línea. En la etapa de planificación de trayectorias, se establece primero un modelo de dinámica orbital relativa basado en las ecuaciones de Clohessy-Wiltshire (CW), y se derivan las ecuaciones de transición de estado para maniobras impulsivas. Posteriormente, se formula un modelo de optimización multiobjetivo basado en el algoritmo NSGA-II, utilizando un principio de dominancia de restricciones (CDP) para abordar diversas restricciones y generar soluciones de frente de Pareto para cada nave espacial. En la etapa de negociación distribuida, la estrategia de negociación entre naves espaciales se modela como un juego cooperativo. Se construye una función potencial para analizar más a fondo la existencia y convergencia global del equilibrio de Nash. Además, se desarrolla una estrategia de negociación de recocido simulado para seleccionar iterativamente la estrategia de enfoque integral óptima de los frentes de Pareto. Los resultados de simulación demuestran que el método propuesto optimiza efectivamente las trayectorias de aproximación para múltiples naves espaciales bajo restricciones complejas. Al aprovechar la negociación iterativa entre satélites, el método converge a un equilibrio de Nash. Además, la estrategia de negociación de recocido simulado mejora el rendimiento de búsqueda global, evitando quedar atrapado en óptimos locales. Finalmente, la efectividad y robustez del método de toma de decisiones en dos etapas se demostraron aún más a través de simulaciones de Monte Carlo.
Descripción
Se propone una estrategia de negociación de juegos cooperativos considerando múltiples restricciones para misiones de aproximación distribuidas de múltiples naves espaciales en presencia de naves espaciales defensoras. Es un método de toma de decisiones en dos etapas que incluye planificación de trayectorias fuera de línea y negociación distribuida en línea. En la etapa de planificación de trayectorias, se establece primero un modelo de dinámica orbital relativa basado en las ecuaciones de Clohessy-Wiltshire (CW), y se derivan las ecuaciones de transición de estado para maniobras impulsivas. Posteriormente, se formula un modelo de optimización multiobjetivo basado en el algoritmo NSGA-II, utilizando un principio de dominancia de restricciones (CDP) para abordar diversas restricciones y generar soluciones de frente de Pareto para cada nave espacial. En la etapa de negociación distribuida, la estrategia de negociación entre naves espaciales se modela como un juego cooperativo. Se construye una función potencial para analizar más a fondo la existencia y convergencia global del equilibrio de Nash. Además, se desarrolla una estrategia de negociación de recocido simulado para seleccionar iterativamente la estrategia de enfoque integral óptima de los frentes de Pareto. Los resultados de simulación demuestran que el método propuesto optimiza efectivamente las trayectorias de aproximación para múltiples naves espaciales bajo restricciones complejas. Al aprovechar la negociación iterativa entre satélites, el método converge a un equilibrio de Nash. Además, la estrategia de negociación de recocido simulado mejora el rendimiento de búsqueda global, evitando quedar atrapado en óptimos locales. Finalmente, la efectividad y robustez del método de toma de decisiones en dos etapas se demostraron aún más a través de simulaciones de Monte Carlo.