空間碎片觀測中的巡天觀測獲得了大量的極短弧觀測數(shù)據(jù),采集到的弧段很多甚至只有10余秒。鑒于初軌計算問題中本征的病態(tài)性,對于弧長極短的觀測資料,傳統(tǒng)方法不再適用,研究極短弧定軌具有極其重要的意義。本文從進(jìn)化的角度對極短弧定軌問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究�；谶z傳算法、粒子群算法、差分進(jìn)化算法三種不同進(jìn)化機(jī)制的進(jìn)化算法,構(gòu)造了優(yōu)化方法在極短弧定軌下統(tǒng)一的計算框架,確定了優(yōu)選變量,并利用Matlab計算軟件,處理了近圓軌道下的實測數(shù)據(jù),結(jié)果表明,10s弧段下傳統(tǒng)方法已失效,而這三種進(jìn)化算法得到的半長徑仍保持在10 km左右的精度,說明進(jìn)化算法在極短弧定軌中可有較好表現(xiàn),定軌結(jié)果可以為新目標(biāo)的再次捕捉提供保障,是解決極短弧定軌的有效手段。為了給出進(jìn)化算法定軌結(jié)果的精度范圍,本文采用了參數(shù)化的Bootstrap方法,同時對實測資料中的野值問題采用穩(wěn)健估計法進(jìn)行了處理,主要是在適值函數(shù)中利用最小中值二乘保證了極短弧定軌的穩(wěn)健性,克服了傳統(tǒng)野值處理3σ準(zhǔn)則不適用于進(jìn)化算法的困難。進(jìn)化算法中各算法參數(shù)和算子的選擇對求解效果有影響,而差分進(jìn)化算法參數(shù)和算子相對其他算法更為簡便,本文采用正交試驗設(shè)計的方法對差分進(jìn)化算法的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選,使得優(yōu)選結(jié)果具有較強(qiáng)的理論依據(jù)。前面研究的幾類進(jìn)化算法關(guān)注的重點是某個有優(yōu)勢的個體,本文還引入了基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)的分布估計法,通過建立解空間的概率模型構(gòu)造了極短弧定軌的計算方法,從對優(yōu)勢解整個群體刻畫的新角度對極短弧定軌問題進(jìn)行探索。計算結(jié)果與其他進(jìn)化算法相當(dāng),但算法本質(zhì)不同。通過分析前面幾類進(jìn)化算法各自的優(yōu)缺點,選用差分進(jìn)化算法與分布估計法進(jìn)行融合構(gòu)建了混合的進(jìn)化算法,有效地將全局搜索和局部搜索統(tǒng)一起來�；旌纤惴ㄊ苟ㄜ壗Y(jié)果的精度和置信水平大大提高,得到結(jié)果的分布比單一的分布估計法更為集中,并且在更短的3 s弧段下依然保持較高的計算精度。在對觀測的幾何模型進(jìn)行修改后,將進(jìn)化算法應(yīng)用到天基和大偏心率下的短弧定軌。研究表明,對于小偏心率軌道的天基極短弧定軌,進(jìn)化算法有較好的表現(xiàn),但對于大偏心率目標(biāo)定軌,由于其本身的復(fù)雜性,幾類進(jìn)化算法不能直接給出初軌計算結(jié)果,只能得到其近似的“V”型分布帶。通過對偏心率進(jìn)行分區(qū)搜索,發(fā)現(xiàn)在真解附近適值更優(yōu)但密集程度不夠,進(jìn)化過程中由于種群數(shù)量不足容易被掩蓋。針對“V”型分布特點進(jìn)行約束后再次搜索,發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢解聚集在少數(shù)幾個區(qū)域,并且真解是其中之一,縮小了初軌的選擇范圍,可為后續(xù)工作提供便利。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P113
【部分圖文】：

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?６０??ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ??圖２．２適值Ｆ的收斂過程??７２３５??１?１?１?１?１???？？ｕｋｉｋ?＊＊＊＊＊??７２２５?－?Ｗ?－??７２２０?－?－??｜??ｃｃ??７２１５?－?－??７２１０?－?－??７２０５?－?－??７２００??＇?１?？?１?？???０?１０?２０

??只有７９?ｋｍ，７０?ｓ弧段的定軌精度也僅為１６?ｋｍ。而圖２．４表明１０?ｓ的觀測弧段??下ＧＡ算法得到的半長徑ｆｌ仍在合理區(qū)間內(nèi)，遠(yuǎn)優(yōu)于極短弧定軌本身能夠達(dá)到的??精度。表２．２和表２．３分別給出了?２０?ｓ和３０?ｓ弧長計算中的１０組結(jié)果，也說明??了這點，１０組計算結(jié)果有一定差異，但最終殘差都非常小，相互差異小于０．１＂，??在精度范圍內(nèi)這些解應(yīng)當(dāng)是等價的。對實測資料的短弧定軌問題而言解并不唯一，??極短弧情況下更為突出，ＧＡ算法的全局搜索能力只是在不同組得到了不同的最??優(yōu)解。在實踐中可進(jìn)行多組計算，選擇適值相對較小或者多組的平均值作為定軌??結(jié)果。??１８?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??１６?－?－??１４＂?｜??Ｉ：?｜?ｉｔ?：?１?：??６?－１－??ｉｎｄｌＨｉ??７１９０?７１９５?７２００?７２０５?７２１０?７２１５?７２２０?７２２５?７２３０??ａ／ｋｍ??圖２．４不同隨機(jī)數(shù)種子下的半長徑分布??ＧＡ算法是基于種群的算法，其計算效率較經(jīng)典的初軌計算方法大大降低，??但對于極短弧而言
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本文編號：2862623